Shungiet, een uniek koolstofrijk sedimentgesteente uit Rusland dat 2 miljard jaar geleden is afgezet, bevat aanwijzingen over de zuurstofconcentraties op het aardoppervlak op dat moment. Onder leiding van professor Kurt Konhauser aan de Universiteit van Alberta en professor Kalle Kirsimäe aan de Universiteit van Tartu, een internationaal onderzoeksteam met andere collega's uit Frankrijk, Noorwegen, Rusland, en VS, opvallend veel molybdeen hebben gevonden, uranium, en reniumconcentraties, evenals verhoogde uraniumisotoopverhoudingen in boorkernen die de shungietrotsen ontleden. Men denkt dat deze sporenmetalen alleen veel voorkomen in de oceanen en sedimenten van de aarde als er veel zuurstof in de buurt is. De onderzoekers ontdekten dat dergelijke concentraties van sporenmetaal ongeëvenaard zijn in de vroege geschiedenis van de aarde. suggereert verhoogde zuurstofniveaus op het moment dat de shungiet werd afgezet.

"Wat raadselachtig is, is dat de algemeen aanvaarde modellen van de koolstof- en zuurstofcycli van de aarde voorspellen dat shungiet had moeten worden afgezet in een tijd van snelle afname van zuurstofniveaus, " zegt Mand, een doctoraat kandidaat aan de Universiteit van Alberta en hoofdauteur van de studie.

De meeste wetenschappers zijn het erover eens dat de zuurstofniveaus in de atmosfeer ongeveer 2,4 miljard jaar geleden aanzienlijk zijn gestegen - bekend als de Great Oxidation Event (GOE) - en ongeveer de helft van de moderne niveaus bereikten met ongeveer 2,1 miljard jaar. De GOE ging ook gepaard met een verschuiving in koolstofisotoopverhoudingen in sedimentair gesteente. Aan wetenschappers, dit past bij het verhaal - de afwijkende koolstofisotoopverhoudingen weerspiegelen de begraving van enorme hoeveelheden plankton als organisch materiaal in oceaansedimenten, die op hun beurt leiden tot de vorming van overtollige zuurstof. Maar de heersende opvatting is dat direct na deze periode van hoge concentraties, zuurstofniveaus daalden weer en bleven bijna een miljard jaar laag tijdens de zogenaamde 'middeleeuwen' van de aarde.

"Verse boorkernen die we hebben verkregen uit het Lake Onega-gebied met de steun van de Universiteit van Tartu en de Technische Universiteit van Tallinn, bieden enkele van de beste rotsarchieven om de omgevingsomstandigheden onmiddellijk na de GOE te ontcijferen, " zegt Kirsimäe, coördinator geologisch veldwerk.

"Wat we hebben gevonden, is in tegenspraak met de heersende opvatting - in wezen hebben we duidelijk bewijs dat het zuurstofgehalte in de lucht nog verder steeg nadat de anomalie van de koolstofisotoop was geëindigd, ", zegt Mänd. "Dit zal de aardwetenschappelijke gemeenschap dwingen om te heroverwegen wat de koolstof- en zuurstofcycli op de vroege aarde dreef."

Deze nieuwe bevindingen zijn ook cruciaal voor het begrijpen van de evolutie van complex leven. De 'middelbare leeftijd' van de aarde vormt het decor voor het verschijnen van eukaryoten. Eukaryoten, de voorlopers van al het complexe leven, inclusief dieren zoals wijzelf, hebben over het algemeen een hoog zuurstofgehalte in hun omgeving nodig om te gedijen. Dit werk versterkt nu de suggestie dat geschikte omstandigheden voor de evolutie van complex leven op de vroege aarde al veel langer bestonden dan eerder werd gedacht. Als zodanig, de bevindingen ondersteunen indirect eerdere onderzoeken waarbij Prof. Konhauser betrokken was en die grote, potentieel eukaryote sporenfossielen zo oud als 2,1 miljard jaar.

Ondanks deze nieuwe ontwikkelingen, de vertraging tussen de aanvankelijke stijging van zuurstof en het verschijnen en uitstralen van eukaryoten, blijft een gebied van actief onderzoek; een die onderzoekers van de Universiteit van Tartu en de Universiteit van Alberta goed gepositioneerd zijn om te helpen beantwoorden.