De oceaanbodem is enorm en gevarieerd, die meer dan 70% van het aardoppervlak uitmaken. Wetenschappers gebruiken al lang informatie uit sedimenten op de bodem van de oceaan - gesteentelagen en microbiële modder - om de omstandigheden in oceanen uit het verleden te reconstrueren.

Deze reconstructies zijn belangrijk om te begrijpen hoe en wanneer zuurstof beschikbaar kwam in de atmosfeer van de aarde en uiteindelijk steeg tot het niveau dat het leven ondersteunt zoals we dat nu kennen.

Maar reconstructies die afhankelijk zijn van signalen van sedimentair gesteente maar de impact van lokale sedimentaire processen negeren, doen dit op eigen risico, volgens geowetenschappers, waaronder David Fike in Arts &Sciences aan de Washington University in St. Louis.

Hun nieuwe studie gepubliceerd op 26 februari in wetenschappelijke vooruitgang is gebaseerd op analyses van een mineraal genaamd pyriet (FeS ₂ ) dat wordt gevormd in aanwezigheid van bacteriën. Met zijn chemisch gereduceerd ijzer (Fe) en zwavel (S), het begraven van pyriet in mariene sedimenten is een van de belangrijkste controles op het zuurstofgehalte in de atmosfeer en oceanen van de aarde.

De onderzoekers vergeleken pyriet in sedimenten verzameld in een boorgat geboord in de plank net voor de oostkust van Nieuw-Zeeland met sedimenten geboord uit hetzelfde oceaanbekken, maar honderden kilometers de Stille Oceaan in.

"We waren in staat om een ​​gradiënt van ondiepe tot diepe sedimenten te krijgen en de verschillen tussen die isotopensamenstellingen in pyriet tussen die secties te vergelijken, " zei Fike, hoogleraar aard- en planetaire wetenschappen en directeur milieustudies aan de Washington University.

“Dat laten we zien, voor dit ene bassin in de open oceaan, je krijgt heel verschillende signalen tussen ondiep en diep water, wat prima facie bewijs is om te beweren dat deze signalen niet de globale vingerafdruk zijn van zuurstof in de atmosfeer, " zei Fike, die ook dienst doet als directeur van het International Center for Energy van de Washington University, Milieu en Duurzaamheid (InCEES).

In plaats van direct naar zuurstof te wijzen, dezelfde signalen van pyriet kunnen opnieuw worden geïnterpreteerd omdat ze betrekking hebben op andere belangrijke factoren, Fike zei, zoals zeespiegelverandering en platentektoniek.

Fike en eerste auteur Virgil Pasquier, een postdoctoraal onderzoeker aan het Weizmann Institute of Sciences in Israël, vroegen voor het eerst de manier waarop pyriet is gebruikt als een proxy in een studie gepubliceerd in PNAS in 2017 met behulp van sedimenten uit de Middellandse Zee. Voor zijn postdoctoraal onderzoek Pasquier heeft met professor Itay Halevy van het Weizmann Institute samengewerkt om de verschillende controles op de isotopensamenstelling van pyriet te begrijpen. Hun resultaten geven aanleiding tot bezorgdheid over het algemene gebruik van pyriet-zwavelisotopen om de evoluerende oxidatietoestand van de aarde te reconstrueren.

"Strikt gesproken, we onderzoeken de gekoppelde kringlopen van koolstof, zuurstof en zwavel, en de controles op de oxidatietoestand van de atmosfeer, ' zei Pasquier.

"Het is veel sexyer voor een paper om veranderingen in de oceaanchemie uit het verleden te reconstrueren dan om zich te concentreren op het begraven van rotsen of wat er tijdens de begrafenis is gebeurd, " zei hij. "Maar ik vind dit deel nog interessanter. Omdat het meeste microbiële leven - vooral toen zuurstof zich aanvankelijk in de atmosfeer ophoopte - plaatsvond in sedimenten. En als ons uiteindelijke doel is om de zuurstofvoorziening van de oceanen te begrijpen, dan moeten we dit begrijpen."

Voor deze studie is het team voerde 185 zwavelisotoopanalyses uit van pyriet langs de twee boorgaten. Ze stelden vast dat veranderingen in de signalen in pyriet uit het nearshore-boorgat meer werden gecontroleerd door veranderingen op zeeniveau in lokale sedimentatie, in plaats van enige andere factor.

In tegenstelling tot, sedimenten in het diepere boorgat waren immuun voor de veranderingen in de zeespiegel. In plaats daarvan, ze registreerden een signaal dat verband houdt met de langdurige reorganisatie van oceaanstromingen.

"Er is een waterdieptedrempel, " zei Roger Bryant, een co-auteur en Ph.D. afgestudeerd aan Fike's laboratorium aan de Washington University, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago. "Als je eenmaal onder die waterdiepte bent, zwavelisotopen zijn blijkbaar niet gevoelig voor zaken als klimaat en omgevingsomstandigheden in het oppervlaktemilieu."

Fike voegde toe:"De aarde is een gecompliceerde plaats, en dat moeten we niet vergeten als we proberen te reconstrueren hoe het in het verleden is veranderd. Er zijn een aantal verschillende processen die van invloed zijn op het soort signalen dat behouden blijft. Terwijl we proberen de langetermijnevolutie van de aarde beter te begrijpen, we moeten een genuanceerder beeld hebben over hoe we informatie uit die signalen kunnen halen."