De zuurstofniveaus van de aarde stegen en daalden meer dan eens honderden miljoenen jaren vóór het wereldwijde succes van de Grote Oxidatie-gebeurtenis, ongeveer 2,4 miljard jaar geleden, blijkt uit nieuw onderzoek van de Universiteit van Washington.

Het bewijs is afkomstig van een nieuwe studie die wijst op een tweede en veel eerdere "vleugje" zuurstof in het verre verleden van de aarde - in de atmosfeer en op het oppervlak van een groot stuk oceaan - waaruit blijkt dat de zuurstofvoorziening van de aarde een complex proces was van herhaaldelijk proberen en falen gedurende een lange tijdspanne.

De bevinding kan ook gevolgen hebben voor de zoektocht naar leven buiten de aarde. De komende jaren zullen krachtige nieuwe telescopen op de grond en in de ruimte komen die de atmosferen van verre planeten kunnen analyseren. Dit werk zou kunnen helpen voorkomen dat astronomen "vals-negatieven, " of bewoonde planeten die op het eerste gezicht misschien niet zo lijken vanwege niet-detecteerbare zuurstofniveaus.

"De productie en vernietiging van zuurstof in de oceaan en de atmosfeer in de loop van de tijd was een oorlog zonder bewijs van een duidelijke winnaar, tot het Grote Oxidatie Evenement, " zei Matt Köhler, een UW-promovendus in aard- en ruimtewetenschappen en hoofdauteur van een nieuw artikel gepubliceerd in de week van 9 juli in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Deze tijdelijke zuurstofvoorzieningsgebeurtenissen waren veldslagen in de oorlog, toen de balans meer doorsloeg in het voordeel van oxygenatie."

In 2007, co-auteur Roger Buick, UW hoogleraar Aard- en ruimtewetenschappen, maakte deel uit van een internationaal team van wetenschappers dat bewijs vond van een episode - een "vleugje" - van zuurstof zo'n 50 miljoen tot 100 miljoen jaar vóór de Grote Oxidatie-gebeurtenis. Dit leerden ze door diep in sedimentair gesteente van de Mount McRae Shale in West-Australië te boren en de monsters te analyseren op de sporenmetalen molybdeen en renium, waarvan de ophoping afhankelijk is van zuurstof in de omgeving.

Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van Koehler heeft een tweede dergelijke verschijning van zuurstof in het verleden van de aarde bevestigd, deze keer ongeveer 150 miljoen jaar eerder - of ongeveer 2,66 miljard jaar geleden - en duurt minder dan 50 miljoen jaar. Voor dit werk gebruikten ze twee verschillende proxy's voor zuurstof-stikstofisotopen en het element selenium-stoffen die, elk op zijn manier, vertellen ook over de aanwezigheid van zuurstof.

"Wat we in dit document hebben is een andere ontdekking, met hoge resolutie, van een voorbijgaande geur van zuurstof, " zei Koehler. "Stikstofisotopen vertellen een verhaal over de zuurstofvoorziening van de oppervlakteoceaan, en deze oxygenatie beslaat honderden kilometers over een zeebekken en duurt ergens minder dan 50 miljoen jaar."

Het team analyseerde boormonsters die Buick in 2012 had genomen op een andere locatie in het noordwesten van West-Australië, de Jeerinah-formatie.

De onderzoekers boorden twee kernen op ongeveer 300 kilometer van elkaar, maar door dezelfde afzettingsgesteenten - een kern bemonsterde sedimenten die waren afgezet in ondieper water, en de andere monsters sedimenten uit diepere wateren. Het analyseren van opeenvolgende lagen in de rotsen jaar laat zien, Buick zei, een "stapsgewijze" verandering in stikstofisotopen "en dan weer terug naar nul. Dit kan alleen worden geïnterpreteerd als betekent dat er zuurstof in de omgeving is. Het is echt cool - en het is plotseling."

De stikstofisotopen onthullen de activiteit van bepaalde mariene micro-organismen die zuurstof gebruiken om nitraat te vormen, en andere micro-organismen die dit nitraat gebruiken voor energie. De gegevens verzameld van stikstofisotopen bemonsteren het oppervlak van de oceaan, terwijl selenium zuurstof in de lucht van de oude aarde suggereert. Koehler zei dat de diepe oceaan waarschijnlijk zuurstofloos was, of zonder zuurstof, destijds.

Het team vond alleen overvloedig selenium in het ondiepe gat, wat betekent dat het uit het nabijgelegen land kwam, niet in dieper water komen. Selenium wordt op het land vastgehouden in zwavelmineralen; hogere zuurstof in de lucht zou ervoor zorgen dat er meer selenium uit het land wordt uitgeloogd door oxidatieve verwering - "het roesten van rotsen, ' zei Buick - en hij werd naar zee vervoerd.

"Dat selenium hoopt zich dan op in oceaansedimenten, Koehler zei. "Dus als we een piek meten in de hoeveelheid selenium in oceaansedimenten, het zou kunnen betekenen dat er een tijdelijke toename van zuurstof in de lucht was."

de bevinding, Buick en Koehler zeiden:is ook relevant voor het detecteren van leven op exoplaneten, of die buiten het zonnestelsel.

"Een van de sterkste atmosferische biosignaturen wordt beschouwd als zuurstof, maar deze studie bevestigt dat tijdens de overgang van een planeet naar permanent zuurstofrijk, de oppervlakte-omgevingen kunnen slechts een paar miljoen jaar oxisch zijn en dan terugglijden in zuurstofloosheid, ' zei Buick.

"Dus, als je geen zuurstof kunt detecteren in de atmosfeer van een planeet, dat betekent niet dat de planeet onbewoond is of zelfs dat er geen fotosynthetisch leven is. Alleen dat het niet genoeg zuurstofbronnen heeft opgebouwd om de 'putten' langer dan een korte pauze te overweldigen.

"Met andere woorden, zuurstofgebrek kan gemakkelijk een 'vals negatief' voor het leven zijn."

Koehler voegde toe:"Je zou naar een planeet kunnen kijken en geen zuurstof zien, maar het kan wemelen van microbieel leven."