Een nieuwe analyse van 2,5 miljard jaar oude rotsen uit Australië vindt dat vulkaanuitbarstingen de bevolkingsgroei van mariene micro-organismen kunnen hebben gestimuleerd, het creëren van de eerste pufjes zuurstof in de atmosfeer. Dit zou bestaande verhalen over de vroege atmosfeer van de aarde veranderen, die aannam dat de meeste veranderingen in de vroege atmosfeer werden gecontroleerd door geologische of chemische processen.

Hoewel gefocust op de vroege geschiedenis van de aarde, het onderzoek heeft ook implicaties voor buitenaards leven en zelfs klimaatverandering. De studie onder leiding van de Universiteit van Washington, de Universiteit van Michigan en andere instellingen werd in augustus gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Wat de afgelopen decennia duidelijk is geworden, is dat er eigenlijk nogal wat verbanden zijn tussen de solide, niet-levende aarde en de evolutie van het leven, " zei eerste auteur Jana Meixnerová, een UW-promovendus in Aard- en ruimtewetenschappen. "Maar wat zijn de specifieke verbindingen die de evolutie van het leven op aarde zoals wij dat kennen mogelijk hebben gemaakt?"

In zijn vroegste dagen, De aarde had geen zuurstof in de atmosfeer en weinig, indien van toepassing, zuurstofademende levensvormen. De atmosfeer van de aarde werd ongeveer 2,4 miljard jaar geleden permanent zuurstofrijk, waarschijnlijk na een explosie van levensvormen die fotosynthetiseren, kooldioxide en water omzetten in zuurstof.

Maar anno 2007, co-auteur Ariel Anbar van de Arizona State University analyseerde rotsen van de Mount McRae Shale in West-Australië, rapporteerde een korte-termijn vleugje zuurstof ongeveer 50 tot 100 miljoen jaar voordat het een vaste waarde in de atmosfeer werd. Meer recent onderzoek heeft andere, eerdere kortdurende zuurstofpieken, maar heeft hun opkomst en ondergang niet verklaard.

In de nieuwe studie onderzoekers van de Universiteit van Michigan, onder leiding van co-corresponderende auteur Joel Blum, analyseerde dezelfde oude rotsen voor de concentratie en het aantal neutronen in het element kwik, uitgestoten door vulkaanuitbarstingen. Grote vulkaanuitbarstingen blazen kwikgas de bovenste atmosfeer in, waar het vandaag de dag een jaar of twee circuleert voordat het op het aardoppervlak regent. De nieuwe analyse toont een piek in kwik een paar miljoen jaar voor de tijdelijke stijging van zuurstof.

"Zowaar, in de rots onder de tijdelijke piek in zuurstof vonden we bewijs van kwik, zowel in zijn overvloed als in isotopen, dat redelijkerwijs verklaard kan worden door vulkaanuitbarstingen in de atmosfeer, " zei co-auteur Roger Buick, een UW-hoogleraar Aard- en Ruimtewetenschappen.

Waar vulkanische emissies waren, de auteurs redeneren, er moeten lava- en vulkanische asvelden zijn geweest. En die voedselrijke rotsen zouden hebben doorstaan ​​in de wind en regen, het vrijgeven van fosfor in rivieren die nabijgelegen kustgebieden zouden kunnen bemesten, waardoor zuurstofproducerende cyanobacteriën en andere eencellige levensvormen kunnen floreren.

"Er zijn andere voedingsstoffen die de biologische activiteit op korte tijdschalen moduleren, maar fosfor is het belangrijkste op lange tijdschalen, ' zei Meixnerova.

Vandaag, fosfor is overvloedig aanwezig in biologisch materiaal en in landbouwmest. Maar in zeer oude tijden, verwering van vulkanisch gesteente zou de belangrijkste bron voor deze schaarse hulpbron zijn geweest.

"Tijdens verwering onder de Archaïsche atmosfeer, het verse basaltgesteente zou langzaam zijn opgelost, het vrijkomen van de essentiële macronutriënt fosfor in de rivieren. Dat zou microben hebben gevoed die in de ondiepe kustzones leefden en een verhoogde biologische productiviteit hebben veroorzaakt die zou hebben geleid tot, als bijproduct, een zuurstofpiek, ' zei Meixnerova.

De precieze locatie van die vulkanen en lavavelden is onbekend, maar er bestaan ​​grote lavavelden van ongeveer de juiste leeftijd in het hedendaagse India, Canada en elders, zei Buick.

"Onze studie suggereert dat voor deze voorbijgaande vleugjes zuurstof, de directe aanleiding was een toename van de zuurstofproductie, in plaats van een afname van het zuurstofverbruik door rotsen of andere niet-levende processen, "Zei Buick. "Het is belangrijk omdat de aanwezigheid van zuurstof in de atmosfeer van fundamenteel belang is - het is de grootste drijfveer voor de evolutie van grote, complexe leven."

uiteindelijk, onderzoekers zeggen dat de studie suggereert hoe de geologie van een planeet elk leven dat zich op het oppervlak ontwikkelt, kan beïnvloeden, een begrip dat helpt bij het identificeren van bewoonbare exoplaneten, of planeten buiten ons zonnestelsel, op zoek naar leven in het heelal.