Een monster van oude zuurstof, geplaagd uit een 1,4 miljard jaar oude verdampingsafzetting in Ontario, levert nieuw bewijs van hoe de atmosfeer en de biosfeer van de aarde eruitzagen in de periode voorafgaand aan het ontstaan ​​van dierlijk leven.

De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Natuur , vertegenwoordigen de oudste meting van atmosferische zuurstofisotopen met bijna een miljard jaar. De resultaten ondersteunen eerder onderzoek dat suggereert dat het zuurstofgehalte in de lucht gedurende deze tijd in de geschiedenis van de aarde een fractie was van wat ze nu zijn vanwege een veel minder productieve biosfeer.

"Er wordt al tientallen jaren gesuggereerd dat de samenstelling van de atmosfeer in de loop van de tijd aanzienlijk is veranderd, " zegt Peter Crockford, die de studie leidde als een Ph.D. student aan de McGill University. "We leveren ondubbelzinnig bewijs dat het 1,4 miljard jaar geleden inderdaad heel anders was."

De studie biedt de oudste graadmeter tot nu toe van wat aardwetenschappers 'primaire productie, " waarin micro-organismen aan de basis van de voedselketen - algen, cyanobacteriën, en dergelijke:maak organisch materiaal uit koolstofdioxide en giet zuurstof in de lucht.

Een kleinere biosfeer

"Deze studie toont aan dat de primaire productie 1,4 miljard jaar geleden veel minder was dan vandaag, " zegt senior co-auteur Boswell Wing, die hielp toezicht te houden op het werk van Crockford bij McGill. "Dit betekent dat de omvang van de wereldwijde biosfeer kleiner moest zijn, en waarschijnlijk gewoon niet genoeg voedsel opleverde - organische koolstof - om veel complex macroscopisch leven te ondersteunen, " zegt Vleugel, nu een universitair hoofddocent geologische wetenschappen aan de Universiteit van Colorado in Boulder.

Om tot deze bevindingen te komen, Crockford werkte samen met collega's van Yale University, Universiteit van Californië Riverside, en Lakehead University in Thunder Bay, Ontario, die ongerepte monsters van oude zouten hadden verzameld, bekend als sulfaten, gevonden in een sedimentaire rotsformatie ten noorden van Lake Superior. Crockford bracht de monsters naar de Louisiana State University, waar hij nauw samenwerkte met co-auteurs Huiming Bao, Justin Hayles, en Yongbo Peng, wiens laboratorium een ​​van de weinige ter wereld is die een gespecialiseerde massaspectrometrietechniek gebruikt die in staat is om dergelijke materialen te onderzoeken op zeldzame zuurstofisotopen in sulfaten.

Het werk werpt ook nieuw licht op een deel van de geschiedenis van de aarde dat bekend staat als de "saaie miljard", omdat het weinig duidelijke biologische of ecologische veranderingen opleverde.

"Gematigde primaire productiviteit tijdens het midden van het Proterozoïcum - ongeveer 2 miljard tot 800 miljoen jaar geleden - is al lang geïmpliceerd, maar er waren geen harde gegevens gegenereerd om dit idee krachtig te ondersteunen, " merkt Galen Halverson op, een co-auteur van de studie en universitair hoofddocent aard- en planetaire wetenschappen bij McGill. "Dat liet de mogelijkheid open dat er een andere verklaring was voor waarom de middelste Proterozoïsche oceaan zo oninteressant was, in termen van de productie en afzetting van organische koolstof." De gegevens van Crockford "leveren het directe bewijs dat deze saaie koolstofcyclus te wijten was aan een lage primaire productiviteit."

Exoplaneet aanwijzingen

De bevindingen kunnen ook helpen bij het zoeken van astronomen naar leven buiten ons eigen zonnestelsel.

"Het grootste deel van de geschiedenis van de aarde was onze planeet bevolkt met microben, en als ze in de toekomst projecteren, zullen ze waarschijnlijk de rentmeesters van de planeet zijn lang nadat we weg zijn, " zegt Crockford, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Princeton University en het Israëlische Weizmann Institute of Science. "Het begrijpen van de omgevingen die ze vormen, informeert ons niet alleen over ons eigen verleden en hoe we hier zijn gekomen, maar geeft ook aanwijzingen voor wat we zouden kunnen vinden als we een bewoonde exoplaneet ontdekken."