Zuurstof in de vorm van het zuurstofmolecuul (O2), geproduceerd door planten en van vitaal belang voor dieren, is gelukkig overvloedig aanwezig in de atmosfeer en oceanen van de aarde. Onderzoekers die de geschiedenis van O2 op aarde bestuderen, echter, weten dat het relatief schaars was gedurende een groot deel van het 4,6 miljard-jarige bestaan ​​van onze planeet.

Dus wanneer en waar begon O2 zich op aarde op te bouwen?

Door oude rotsen te bestuderen, onderzoekers hebben vastgesteld dat ergens tussen 2,5 en 2,3 miljard jaar geleden, De aarde onderging wat wetenschappers het "Great Oxidation Event" of kortweg "GOE" noemen. O2 hoopte zich op dat moment voor het eerst op in de atmosfeer van de aarde en is sindsdien aanwezig.

Door talrijke studies op dit gebied van onderzoek, echter, er is bewijs naar voren gekomen dat er vóór de GOE kleine hoeveelheden O2 waren in kleine delen van de oude ondiepe oceanen van de aarde. En in een onderzoek dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur Geowetenschappen , een onderzoeksteam onder leiding van wetenschappers van de Arizona State University (ASU) heeft overtuigend bewijs geleverd voor significante oceaanoxygenatie vóór de GOE, op grotere schaal en tot grotere diepten dan eerder werd aangenomen.

Voor deze studie is het team richtte zich op een set van 2,5 miljard jaar oude mariene sedimentaire gesteenten uit West-Australië, bekend als de Mt. McRae Shale. "Deze rotsen waren perfect voor onze studie, omdat eerder werd aangetoond dat ze zijn afgezet tijdens een abnormale oxygenatie-episode vóór de Great Oxidation Event, ", zegt hoofdauteur Chadlin Ostrander van ASU's School of Earth and Space Exploration.

Schalies zijn sedimentaire gesteenten die, ergens in het verleden van de aarde, afgezet op de zeebodem van oude oceanen. In sommige gevallen, deze schalies bevatten de chemische vingerafdrukken van de oude oceanen waarin ze zijn afgezet.

Voor dit onderzoek is Ostrander loste schaliemonsters op en scheidde interessante elementen in een schoon laboratorium, vervolgens gemeten isotopensamenstellingen op een massaspectrometer. Dit proces werd voltooid met de hulp van co-auteurs Sune Nielsen bij Woods Hole Oceanographic Institution (Massachusetts); Jeremy Owens aan de Florida State University; Brian Kendall aan de Universiteit van Waterloo (Ontario, Canada); wetenschappers Gwyneth Gordon en Stephen Romaniello van ASU's School of Earth and Space Exploration; en Ariel Anbar van ASU's School of Earth and Space Exploration en School of Molecular Sciences. Het verzamelen van gegevens nam meer dan een jaar in beslag en maakte gebruik van faciliteiten van Woods Hole Oceanographic Institution, Staatsuniversiteit van Florida, en ASU.

Met behulp van massaspectrometers, het team mat de thallium- en molybdeenisotoopsamenstellingen van de Mt. McRae Shale. Dit was de eerste keer dat beide isotopensystemen werden gemeten in dezelfde set schaliemonsters. zoals verondersteld, er ontstond een voorspelbaar thallium- en molybdeenisotooppatroon, wat aangeeft dat mangaanoxidemineralen werden begraven in de zeebodem over grote delen van de oude oceaan. Om deze begrafenis te laten plaatsvinden, O2 moest 2,5 miljard jaar geleden tot op de zeebodem aanwezig zijn geweest.

Deze bevindingen verbeteren het begrip van wetenschappers van de zuurstofgeschiedenis van de oceaan op aarde. Accumulatie van O2 was waarschijnlijk niet beperkt tot kleine delen van de oppervlakte-oceaan voorafgaand aan de GOE. Waarschijnlijker, O2-accumulatie strekte zich uit over grote delen van de oceaan en strekte zich uit tot ver in de diepten van de oceaan. In sommige van deze gebieden is O2-accumulatie lijkt zich zelfs helemaal tot aan de zeebodem te hebben uitgebreid.

"Onze ontdekking dwingt ons om opnieuw na te denken over de aanvankelijke zuurstofvoorziening van de aarde, ", zegt Ostrander. "Vele bewijslijnen suggereren dat O2 zich ongeveer 2,5 miljard jaar geleden tijdens de GOE begon op te hopen in de atmosfeer van de aarde. Echter, het is nu duidelijk dat de eerste zuurstofvoorziening van de aarde een verhaal is dat geworteld is in de oceaan. O2 heeft zich waarschijnlijk opgehoopt in de oceanen van de aarde - tot aanzienlijke niveaus, volgens onze gegevens - ruim voordat dit in de atmosfeer is gedaan."

"Nu we weten wanneer en waar O2 begon op te bouwen, de volgende vraag is waarom", zegt ASU President's Professor en co-auteur Anbar. "We denken dat bacteriën die O2 produceren in de oceanen gedijen lang voordat O2 zich begon op te bouwen in de atmosfeer. Wat is er veranderd om die opbouw te veroorzaken? Daar werken we nu aan."