Nieuw onderzoek suggereert sterk dat de verschillende 'oxygenatiegebeurtenissen' die de ademende atmosfeer van de aarde creëerden, spontaan plaatsvonden, in plaats van een gevolg te zijn van biologische of tektonische revoluties.

De studie van de Universiteit van Leeds, gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , werpt niet alleen een licht op de geschiedenis van zuurstof op onze planeet, het geeft nieuw inzicht in de prevalentie van andere zuurstofrijke werelden dan de onze.

De vroege aarde had geen zuurstof in de atmosfeer of oceanen tot ongeveer 2,4 miljard jaar geleden, toen de eerste van drie grote oxygenatiegebeurtenissen plaatsvond. De redenen voor deze 'stapsgewijze' toename van zuurstof op aarde zijn het onderwerp geweest van voortdurend wetenschappelijk debat.

In een nieuwe studie, Onderzoekers van Leeds hebben een goed ingeburgerd conceptueel model van mariene biogeochemie aangepast, zodat het over de hele geschiedenis van de aarde kan worden toegepast. en ontdekte dat het de drie oxygenatiegebeurtenissen helemaal alleen produceerde.

Hun bevindingen suggereren dat het, afgezien van vroege fotosynthetische microben en het begin van platentektoniek - die beide ongeveer drie miljard jaar geleden werden vastgesteld - gewoon een kwestie van tijd was voordat zuurstof het noodzakelijke niveau zou bereiken om het complexe leven te ondersteunen.

Deze nieuwe theorie vergroot drastisch de mogelijkheid van elders bestaande zuurstofrijke werelden.

Studie hoofdauteur Lewis Alcott, een postdoctoraal onderzoeker aan de School of Earth and Environment in Leeds, zei:"Dit onderzoek test echt ons begrip van hoe de aarde zuurstofrijk werd, en werd zo in staat om intelligent leven te ondersteunen.

"Op basis van dit werk het lijkt erop dat zuurstofrijke planeten veel vaker voorkomen dan eerder werd gedacht, omdat ze geen meerdere - en zeer onwaarschijnlijke - biologische vooruitgang vereisen, of toevallige gebeurtenissen van tektoniek."

De eerste "Great Oxidation Event" vond plaats tijdens het Paleoproterozoïcum - ongeveer 2,4 miljard jaar geleden. De daaropvolgende grootschalige oxygenatie-evenementen vonden plaats in het Neoproterozoïcum ongeveer 800 miljoen jaar geleden en uiteindelijk in het Paleozoïcum ongeveer 450 miljoen jaar geleden, toen de zuurstof in de lucht steeg tot het huidige niveau.

Grote dieren met een hoge energiebehoefte hebben veel zuurstof nodig, en evolueerde kort na de laatste van deze stappen, uiteindelijk evolueren naar dinosaurussen en zoogdieren.

Momenteel, de twee heersende theorieën suggereren dat de drijfveren van deze oxygenatiegebeurtenissen ofwel grote stappen waren in biologische revoluties - waarbij de evolutie van steeds complexere levensvormen in wezen "bio-engineered" oxygenatie naar hogere niveaus waren - of tektonische revoluties - waarbij zuurstof steeg als gevolg van verschuivingen in de stijl van vulkanisme of samenstelling van de korst.

De nieuwe studie benadrukt in plaats daarvan een reeks feedbacks die bestaan ​​​​tussen de wereldwijde fosfor, koolstof- en zuurstofcycli, die in staat zijn om snelle verschuivingen in de oceaan en atmosferische zuurstofniveaus teweeg te brengen zonder enige 'stapsgewijze' verandering in tektoniek of biologie.

Studie co-auteur Professor Simon Poulton, ook van de School of Earth and Environment in Leeds zei:"Ons model suggereert dat zuurstofvoorziening van de aarde tot een niveau dat complex leven kan ondersteunen onvermijdelijk was, zodra de microben die zuurstof produceren zich hadden ontwikkeld."

Hun 'Earth system'-model van de terugkoppelingen reproduceert het waargenomen zuurstofpatroon in drie stappen wanneer het uitsluitend wordt aangedreven door een geleidelijke verschuiving van afnemende naar oxiderende oppervlakteomstandigheden in de loop van de tijd. De overgangen worden aangedreven door de manier waarop de mariene fosforcyclus reageert op veranderende zuurstofniveaus, en hoe dit de fotosynthese beïnvloedt, waarvoor fosfor nodig is.

Senior auteur Dr. Benjamin Mills, die de biogeochemische modelleringsgroep in Leeds leidt, zei:"Het model toont aan dat een geleidelijke oxygenatie van het aardoppervlak in de loop van de tijd zou moeten resulteren in verschillende oxygenatiegebeurtenissen in de atmosfeer en oceanen, vergelijkbaar met die in het geologische record.

"Ons werk laat zien dat de relatie tussen de wereldwijde fosfor, koolstof- en zuurstofcycli is van fundamenteel belang voor het begrijpen van de oxygenatiegeschiedenis van de aarde. Dit zou ons kunnen helpen om beter te begrijpen hoe een andere planeet dan de onze bewoonbaar kan worden."

Het artikel "Stepwise Earth oxygenatie is een inherente eigenschap van wereldwijde biogeochemische cycli" is online gepubliceerd in Wetenschap op 10 december 2019.