For milliarder af år siden var Jordens miljø meget anderledes end det, vi kender i dag. Grundlæggende var vores planets overordnede atmosfære giftig for livet, som vi kender den, bestående af kuldioxid, nitrogen og andre gasser. Ved den Paleoproterozoic æra (2,5-1,6 milliarder år siden) skete der imidlertid en dramatisk ændring, hvor ilt begyndte at blive introduceret i atmosfæren - kendt som den store oxidationsbegivenhed (GOE).
Indtil for nylig var videnskabsmænd ikke sikre på, om denne begivenhed - som var resultatet af fotosyntetiske bakterier, der ændrede atmosfæren - skete hurtigt eller ej. Ifølge en nylig undersøgelse foretaget af et team af internationale forskere var denne begivenhed meget hurtigere end tidligere antaget. Baseret på nyligt opdagede geologiske beviser konkluderede teamet, at introduktionen af ilt til vores atmosfære var "mere som en brandslange" end en trickle.
Undersøgelsen med titlen "To milliarder år gamle evaporitter fanger Jordens store oxidation" dukkede for nylig op i tidsskriftet Videnskab. Under ledelse af Clara Blättler, en postdoktorisk forsker i Institut for Geovidenskaber i Princeton, inkluderede teamet også medlemmer fra Blue Marble Space Institute of Science, det Karelian Science Center, den britiske geologiske undersøgelse, Norges geologiske undersøgelse og flere universiteter .
Kort sagt begyndte den store iltgeneration begyndte for ca. 2,45 milliarder år siden i begyndelsen af den proterozoiske eon. Det antages, at denne proces er resultatet af cyanobakterier, der langsomt metaboliserer kuldioxid (CO2) og producerer iltgas, som nu udgør ca. 20% af vores atmosfære. Indtil for nylig var forskere imidlertid ikke i stand til at placere meget i vejen for begrænsninger for denne periode.
Heldigvis har et team af geologer fra Geological Survey of Norway - i samarbejde med det Karelske forskningscenter i Petrozavodsk, Rusland - for nylig fundet prøver af konserverede krystalliserede salte i Rusland, der er dateret til denne periode. De blev ekstraheret fra et 1,9 km-dybt (1,2 mi) hul i Karelia i det nordvestlige Rusland fra Onega Parametric Hole (OPH) borested på de vestlige bredder af søen Onega.
Disse saltkrystaller, der er for ca. 2 milliarder år siden, var resultatet af det gamle havvand fordampet. Ved hjælp af disse prøver kunne Blättler og hendes team lære ting om havets sammensætning og den atmosfære, der eksisterede på Jorden omkring GOEs tid. Til at begynde med bestemte holdet, at de indeholdt en overraskende stor mængde sulfat, som er resultatet af, at havvand reagerede med ilt.
Som Aivo Lepland - en forsker ved Geological Survey of Norway, en geologispecialist ved Tallinn University of Technology og seniorforfatter på undersøgelsen - forklarede i den nylige pressemeddelelse fra Princeton:
”Dette er det stærkeste bevis nogensinde på, at det gamle havvand, som disse mineraler udfældede, havde høje sulfatkoncentrationer, der nåede mindst 30 procent af nutidig oceanisk sulfat, som vores skøn indikerer. Dette er meget højere end tidligere antaget og vil kræve betydelig nytænkning af størrelsen af iltning af Jordens 2-milliarder år gamle atmosfære-hav-system. ”
Før dette var videnskabsmænd usikre på, hvor lang tid det tog, før vores atmosfære nåede sin nuværende balance mellem nitrogen og ilt, hvilket er vigtigt for livet, som vi kender det. Grundlæggende var opfattelsen delt mellem, at det var noget, der skete hurtigt, eller skete i løbet af millioner af år. Meget af dette stammer fra det faktum, at de ældste klippesalte blev dateret til for en milliard år siden.
”Det har været svært at teste disse ideer, fordi vi ikke havde bevis fra den æra til at fortælle os om atmosfærens sammensætning,” sagde Blättler. Ved at opdage klippesalte, der er cirka 2 milliarder år gamle, har forskere imidlertid de bevis, de har brug for, for at begrænse GOE. Fundet var også meget heldigt, i betragtning af at sådanne prøver af bundsalt er temmelig skrøbelige.
De prøver, der blev anvendt til denne undersøgelse, indeholdt halit (som er kemisk identisk med bordsalt eller natriumchlorid) samt andre salte af calcium, magnesium og kalium - som let opløses over tid. Imidlertid blev prøven opnået i dette tilfælde usædvanligt godt bevaret dybt inde i Jorden. Som sådan er de i stand til at give forskere uvurderlige ledetråder til, hvad der skete omkring GOEs tid.
Når vi ser fremad, vil denne seneste undersøgelse sandsynligvis føre til nye modeller, der forklarer, hvad der skete efter GOE for at få iltgas til at ophobes i vores atmosfære. Som John Higgins, en adjunkt i geovidenskaber ved Princeton, der leverede fortolkning af den geokemiske analyse, forklarede:
”Dette er en ret speciel klasse af geologiske aflejringer. Der har været meget debat om, hvorvidt den store oxidationsbegivenhed, der er bundet til at stige og falde i forskellige kemiske signaler, repræsenterer en stor ændring i iltproduktionen eller blot en tærskel, der blev krydset. Hovedpunkterne er, at dette papir giver bevis på, at iltning af jorden over denne tidsperiode involverede en masse iltproduktion ... Der kan have været vigtige ændringer i feedbackcyklusserne på land eller i oceanerne, eller en stor stigning i iltproduktionen ved mikrober, men uanset hvad var det meget mere dramatisk, end vi havde forståelse for før. ”
Disse modeller hjælper sandsynligvis også med i jagt på liv ud over vores solsystem. Ved at forstå, hvad der fandt sted på vores egen planet for milliarder af år siden for at gøre den egnet til liv, vil vi være i stand til at se disse samme betingelser og processer på andre planeter.
