Zuurstof is essentieel voor de ontwikkeling van hoger leven. Echter, het was nauwelijks aanwezig in de oceanen van de jonge aarde. Pas bij de evolutie van fotosynthetische bacteriën zagen de oceanen een significante toename van het zuurstofgehalte. Door de samenstelling van wolfraamisotoop te meten, een internationaal onderzoeksteam met de medewerking van wetenschappers van het Instituut voor Geologie en Mineralogie van de Universiteit van Keulen heeft nu de basis gelegd voor een nauwkeurigere bepaling van de ontwikkeling van zuurstofniveaus in de vroege oceanen in de loop van de tijd. Prospectief, ze verwachten preciezere inzichten in de evolutie van het leven.

In samenwerking met wetenschappers van ETH Zürich, de universiteiten van Bern en Tübingen, en het Leibniz Instituut voor Oostzeeonderzoek Warnemünde (IOW), geologen onder leiding van Dr. Florian Kurzweil aan de Universiteit van Keulen analyseerden het chemische element wolfraam, die zou kunnen fungeren als een indicatorelement voor zuurstof, in het huidige zeewater. De resultaten zijn gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ) onder de titel "Redox-controle op de wolfraamisotoopsamenstelling van zeewater."

Wolfraam komt slechts in zeer kleine hoeveelheden voor in de oceanen, waardoor het moeilijk is om de concentratie nauwkeurig te bepalen. Het is nog moeilijker om de hoeveelheid individuele wolfraamisotopen in zeewater te bepalen. Isotopen van een element hebben hetzelfde aantal protonen, maar verschillende aantallen neutronen. Vandaar, er zijn zware wolfraamisotopen met veel neutronen en lichtere wolfraamisotopen met minder neutronen. De analytische methoden die zijn ontwikkeld aan de Universiteit van Keulen maken de meest nauwkeurige meting mogelijk van relatieve wolfraamisotoop-abundanties die momenteel wereldwijd beschikbaar zijn.

In een meer dan 400 meter diep bassin in de Oostzee, het onderzoeksteam nam verschillende watermonsters, zowel in het zuurstofrijke oppervlaktewater als in het zuurstofarme diepe water. Oxidemineralen vormen zich langs de grens van beide waterlagen, bij voorkeur het lichte wolfraam binden. Het in het zeewater achterblijvende wolfraam wordt daardoor relatief zwaarder. Zuurstof is nodig om oxidemineralen te vormen, dus de zuurstofconcentratie van de oceanen correleert uiteindelijk met de wolfraamisotoopsamenstelling van het zeewater.

"Toenemende zuurstofconcentraties in de oceanen van de vroege aarde hadden moeten leiden tot een verhoogde vorming van de oxidemineralen, en dus tot isotopisch zwaarder marien wolfraam, " zei het hoofd van de onderzoeksexpeditie Dr. Florian Kurzweil. De wetenschappers willen nu aantonen dat deze ontwikkeling bewaard is gebleven in mariene sedimenten. De samenstelling van wolfraamisotopen van de oudste sedimenten op aarde zou dan de ontwikkeling van mariene zuurstofniveaus over de loop van de geschiedenis van de aarde als een genetische vingerafdruk.