För miljarder år sedan var jordens miljö mycket annorlunda än den vi känner idag. I grund och botten var vår planets ursprungliga atmosfär giftig för livet som vi känner till, bestående av koldioxid, kväve och andra gaser. Vid den Paleoproterozoic era (för 2,5–1,6 miljarder år sedan) inträffade emellertid en dramatisk förändring där syre började introduceras till atmosfären - känd som den stora oxidationshändelsen (GOE).
Fram tills nyligen var forskare inte säkra på om denna händelse - som var resultatet av fotosyntetiska bakterier som förändrade atmosfären - inträffade snabbt eller inte. Enligt en nyligen genomförd studie av ett team av internationella forskare var emellertid denna händelse mycket snabbare än tidigare trott. Baserat på nyupptäckta geologiska bevis, drog teamet slutsatsen att införandet av syre till vår atmosfär var "mer som en brandslang" än en trick.
Studien, med titeln "Två miljarder år gamla evaporiter fångar jordens stora oxidation", dykte nyligen upp i tidskriften Vetenskap. Ledd av Clara Blättler, en postdoktoral forskare vid Institutionen för geovetenskaper i Princeton, inkluderade teamet också medlemmar från Blue Marble Space Institute of Science, Karelian Science Center, British Geological Survey, the Geological Survey of Norway och flera universitet .
Kort sagt, The Great Oxygenation Event inleddes för ungefär 2,45 miljarder år sedan i början av Proterozoic eon. Denna process tros ha varit ett resultat av att cyanobakterier långsamt har metaboliserat koldioxiden (CO2) och producerat syrgas, som nu utgör cirka 20% av vår atmosfär. Men tills nyligen kunde forskare inte placera mycket i vägen för begränsningar för denna period.
Lyckligtvis fick ett team av geologer från Geological Survey of Norway - i samarbete med Karelian Research Center i Petrozavodsk, Ryssland - nyligen återvunna prover av konserverade kristalliserade salter i Ryssland som är daterade till denna period. De extraherades från ett 1,9 km-djupt (1,2 mil) hål i Karelen i nordvästra Ryssland, från borrplatsen Onega Parametric Hole (OPH) på de västra stränderna av sjön Onega.
Dessa saltkristaller, som var ungefär 2 miljarder år sedan, var resultatet av forntida havsvatten som förångades. Med hjälp av dessa prover kunde Blättler och hennes team lära sig saker om havens sammansättning och atmosfären som fanns på jorden runt GOE: s tid. Till att börja med bestämde teamet att de innehöll en överraskande stor mängd sulfat, vilket är resultatet av att havsvatten reagerade med syre.
Som Aivo Lepland - en forskare vid Geological Survey of Norway, en geologispecialist vid Tallinns tekniska universitet och seniorförfattare på studien - förklarade i nyligen pressmeddelande från Princeton:
”Detta är det starkaste beviset någonsin att det forntida havsvattnet från vilket dessa mineraler föll ut hade höga sulfatkoncentrationer som nådde minst 30 procent av dagens havssulfat, enligt våra uppskattningar. Detta är mycket högre än tidigare trott och kommer att kräva betydande omprövning av storleken på syresättning av jordens 2-miljarder år gamla atmosfär-havssystem. "
Före detta var forskarna osäkra på hur lång tid det tog för vår atmosfär att nå sin nuvarande balans mellan kväve och syre, vilket är viktigt för livet som vi känner till det. I princip delades åsikten mellan att det var något som hände snabbt eller inträffade under miljoner år. Mycket av detta härrör från det faktum att de äldsta bergsalterna som upptäcktes daterades till en miljard år sedan.
"Det har varit svårt att testa dessa idéer eftersom vi inte hade bevis från den eran för att berätta om atmosfärens sammansättning," sade Blättler. Men genom att upptäcka bergssalter som är ungefär 2 miljarder år gamla har forskare nu bevisen att de behöver för att begränsa GOE. Upptäckten var också mycket lycklig, med tanke på att sådana bergsaltprover är ganska bräckliga.
Proven som användes för denna studie innehöll halit (som är kemiskt identisk med bordsalt eller natriumklorid) liksom andra salter av kalcium, magnesium och kalium - som lätt löses över tid. Emellertid var provet erhållet i detta fall exceptionellt väl bevarat djupt inne i jorden. Som sådan kan de ge forskare ovärderliga ledtrådar om vad som hände omkring GOE: s tid.
Framöver kommer den senaste studien sannolikt att leda till nya modeller som förklarar vad som hände efter GOE för att orsaka syregas att samlas i vår atmosfär. Som John Higgins, biträdande professor i geovetenskaper vid Princeton som tillhandahöll tolkning av den geokemiska analysen, förklarade:
”Det här är en ganska speciell klass av geologiska avlagringar. Det har varit mycket debatt om huruvida den stora oxidationshändelsen, som är knuten till att öka och minska i olika kemiska signaler, representerar en stor förändring i syreproduktionen, eller bara en tröskel som korsades. Sammanfattningen är att det här dokumentet ger bevis på att syretillförseln av jorden under denna tidsperiod involverade mycket syreproduktion ... Det kan ha varit viktiga förändringar i återkopplingscyklerna på land eller i haven, eller en stor ökning av syreproduktionen med mikrober, men i vilket fall som helst var det mycket mer dramatiskt än vi hade förståelse för tidigare. ”
Dessa modeller hjälper sannolikt också till jakten på liv bortom vårt solsystem. Genom att förstå vad som skedde på vår egen planet för miljarder år sedan för att göra den lämplig för livet kommer vi att kunna upptäcka samma villkor och processer på andra planeter.
