Billedkredit: NASA
Da to rovere søger Mars efter tegn på vand og livets forløbere, har geokemister afsløret bevis for, at Jordens gamle oceaner var meget forskellige fra dagens. Forskningen, der blev offentliggjort i denne uges nummer af tidsskriftet Science, citerer nye data, der viser, at Jordens livgivende hav indeholdt mindre ilt end i dag og kunne have været næsten blottet for ilt i en milliard år længere end tidligere antaget. Disse fund kan hjælpe med at forklare, hvorfor det komplicerede liv næppe udviklede sig i milliarder af år efter, at det opstod.
Forskerne, finansieret af National Science Foundation (NSF) og tilknyttet University of Rochester, har været banebrydende for en ny metode, der afslører, hvordan havens ilt kan have ændret sig globalt. De fleste geologer er enige om, at der næsten ikke blev opløst ilt i verdenshavene før for ca. 2 milliarder år siden, og at de var iltrige i det meste af de sidste halvmilliarder år. Men der har altid været et mysterium om perioden imellem.
Geokemikere udviklede måder til at registrere tegn på gammelt ilt i bestemte områder, men ikke i jordens oceaner som helhed. Holdets metode kan imidlertid ekstrapoleres for at forstå arten af alle verdenshavene.
”Dette er det bedste direkte bevis for, at verdenshavene havde mindre ilt i løbet af den tid,” siger Gail Arnold, en doktorand i jord- og miljøvidenskab ved University of Rochester og hovedforfatter af forskningsartiklen.
Tilføjer Enriqueta Barrera, programdirektør i NSFs afdeling for jordvidenskab, ”Denne undersøgelse er baseret på en ny tilgang, anvendelsen af molybdænisotoper, der giver forskere mulighed for at konstatere globale forstyrrelser i havmiljøer. Disse isotoper åbner en ny dør til at udforske anoksiske havforhold til tider på tværs af den geologiske registrering. ”
Arnold undersøgte klipper fra det nordlige Australien, der befandt sig på havbunden for over en milliard år siden ved hjælp af den nye hun havde metode udviklet af hende og medforfattere, Jane Barling og Ariel Anbar. Tidligere forskere havde boret flere meter ned i klippen og testet dens kemiske sammensætning, hvilket bekræftede, at de havde opretholdt originale oplysninger om havene sikkert bevaret. Holdmedlemmerne bragte disse klipper tilbage til deres laboratorier, hvor de brugte nyudviklet teknologi - kaldte en Multiple Collector induktivt koblet plasma-massespektrometer - for at undersøge molybdænisotoperne i klipperne.
Elementet molybdæn kommer ind i verdenshavene gennem flodafstrømning, opløses i havvand og kan forblive opløst i hundreder af tusinder af år. Ved at forblive i opløsning så længe blandes molybdæn godt i hele verdenshavene, hvilket gør det til en fremragende global indikator. Derefter fjernes det fra oceanerne i to slags sedimenter på havbunden: dem, der ligger under vandet, iltrige og dem, der er iltfattige.
I samarbejde med medforfatter Timothy Lyons fra University of Missouri undersøgte Rochester-holdet prøver fra det moderne havbund, herunder de sjældne steder, der er iltfattige i dag. De lærte, at den kemiske opførsel af molybdænens isotoper i sedimenter er forskellige afhængigt af mængden af ilt i de overliggende vand. Som et resultat afhænger kemien af molybdænisotoper i de globale oceaner af, hvor meget havvand er iltfattig. De fandt også, at molybdæn i visse klippetyper registrerer denne information om gamle oceaner. Sammenlignet med moderne prøver peger målinger af molybdenkemien i klipperne fra Australien til oceaner med langt mindre ilt.
Hvor meget mindre ilt er spørgsmålet. En verden fuld af anoksiske hav kan have alvorlige konsekvenser for evolutionen. Eukaryoter, den slags celler, der udgør alle organismer undtagen bakterier, vises i den geologiske registrering allerede for 2,7 milliarder år siden. Men eukaryoter med mange celler - forfædre til planter og dyr - dukkede først op for en halv milliard år siden, omtrent det tidspunkt, hvor verdenshavene blev rige på ilt. Med paleontolog Andrew Knoll fra Harvard University fremførte Anbar tidligere hypotesen om, at en længere periode med anoksiske oceaner muligvis kan være nøglen til, hvorfor de mere komplekse eukaryoter knap nok levede ud, mens deres produktive bakteriefødre trivedes. Arnolds undersøgelse er et vigtigt trin i test af denne hypotese.
”Det er bemærkelsesværdigt, at vi ved så lidt om historien om vores egen planetes oceaner,” siger Anbar. ”Hvorvidt der var ilt i verdenshavene eller ej, er et ligetil kemisk spørgsmål, som du ville synes, det ville være let at besvare. Det viser, hvor svært det er at drille information fra rocken, og hvor meget mere der er for os at lære om vores oprindelse. ”
Det er næste trin at finde ud af, hvor meget mindre ilt der var i verdenshavene i den gamle fortid. Forskerne planlægger at fortsætte med at studere molybdænkemi for at besvare dette spørgsmål med fortsat støtte fra NSF og NASA, de agenturer, der støttede det indledende arbejde. Oplysningerne vil ikke kun kaste lys over vores egen udvikling, men kan hjælpe os med at forstå de forhold, vi skal se efter, når vi søger efter livet ud over Jorden.
Original kilde: NSF News Release
