Gedurende een groot deel van de vier en een half miljard jaar van de aarde, de planeet was kaal en onherbergzaam; het was pas toen de wereld zijn deken van zuurstof kreeg dat meercellig leven echt op gang kon komen. Maar wetenschappers proberen nog steeds precies te begrijpen hoe - en waarom - onze planeet deze prachtig zuurstofrijke atmosfeer heeft gekregen.

"Als je erover nadenkt, dit is de belangrijkste verandering die onze planeet tijdens haar leven heeft meegemaakt, en we weten nog steeds niet precies hoe dit is gebeurd, " zei Nicolas Dauphas, de Louis Block hoogleraar Geofysische Wetenschappen aan de Universiteit van Chicago. "Elke vooruitgang die u kunt boeken bij het beantwoorden van deze vraag is erg belangrijk."

In een nieuwe studie gepubliceerd op 23 oktober in Wetenschap , UChicago afgestudeerde student Andy Heard, Dauphas en hun collega's gebruikten een baanbrekende techniek om nieuwe informatie te ontdekken over de rol van oceanisch ijzer in de opkomst van de atmosfeer van de aarde. De bevindingen onthullen meer over de geschiedenis van de aarde, en kan zelfs licht werpen op de zoektocht naar bewoonbare planeten in andere sterrenstelsels.

Wetenschappers hebben nauwgezet een tijdlijn van de oude aarde nagebouwd door zeer oude rotsen te analyseren; de chemische samenstelling van dergelijke gesteenten verandert afhankelijk van de omstandigheden waaronder ze zijn gevormd.

"Het interessante eraan is dat voorafgaand aan de permanente Great Oxygenation Event die 2,4 miljard jaar geleden plaatsvond, je ziet bewijs in de tijdlijn voor deze prikkelende kleine uitbarstingen van zuurstof, waar het lijkt alsof de aarde het toneel probeerde te vormen voor deze atmosfeer, " zei Gehoord, de eerste auteur op het papier. "Maar de bestaande methoden waren niet precies genoeg om de informatie die we nodig hadden eruit te halen."

Het komt allemaal neer op een puzzel.

Zoals brugingenieurs en autobezitters weten, als er water in de buurt is, zuurstof en ijzer zullen roest vormen. "Vroeger, de oceanen waren vol ijzer, die alle vrije zuurstof die rondhing had kunnen opslokken, "Gehoord zei. Theoretisch, de vorming van roest zou overtollige zuurstof moeten verbruiken, niets achterlatend om een ​​atmosfeer te vormen.

Heard en Dauphas wilden een manier testen om uit te leggen hoe zuurstof zich ondanks dit schijnbare probleem kon hebben opgehoopt:ze wisten dat een deel van het ijzer in de oceanen zich in feite combineerde met zwavel dat uit vulkanen kwam om pyriet te vormen (beter bekend als dwaasgoud). Bij dat proces komt zuurstof in de atmosfeer vrij. De vraag was welke van deze processen 'wint'.

Om dit te testen, Heard gebruikte ultramoderne faciliteiten in Dauphas' Origins Lab om een ​​rigoureuze nieuwe techniek te ontwikkelen om minuscule variaties in ijzerisotopen te meten om erachter te komen welke route het ijzer nam. Samenwerken met wereldexperts van de Universiteit van Edinburgh, hij moest ook een beter begrip krijgen van hoe het ijzer-naar-pyriet-pad werkt. ("Om sulfide te maken en deze experimenten uit te voeren, je hebt begripvolle collega's nodig, omdat je laboratoria naar rotte eieren laat ruiken, "Gehoord zei.) Dan, de wetenschappers gebruikten de techniek om 2,6 tot 2,3 miljard jaar oude rotsen uit Australië en Zuid-Afrika te analyseren.

Uit hun analyse bleek dat zelfs in oceanen die veel zuurstof in roest hadden moeten stoppen, bepaalde omstandigheden hadden de vorming van voldoende pyriet kunnen bevorderen om zuurstof uit het water te laten ontsnappen en mogelijk een atmosfeer te vormen.

"Het is een ingewikkeld probleem met veel bewegende delen, maar we hebben een deel ervan kunnen oplossen, ' zei Dauphas.

"Vooruitgang bij een probleem dat zo enorm is, is echt waardevol voor de gemeenschap, ', zei Heard. 'Vooral nu we naar exoplaneten beginnen te zoeken, we moeten echt elk detail begrijpen over hoe onze eigen aarde bewoonbaar werd."

Terwijl telescopen de hemel afspeuren naar andere planeten en duizenden vinden, wetenschappers zullen moeten bepalen wat ze verder kunnen onderzoeken voor mogelijk leven. Door meer te leren over de manier waarop de aarde bewoonbaar werd, ze kunnen zoeken naar bewijs van soortgelijke processen op andere planeten.

"De manier waarop ik er graag over denk, is De aarde vóór de opkomst van zuurstof is het beste laboratorium dat we hebben om exoplaneten te begrijpen, ' zei Gehoord.