Så hvornår og hvor begyndte O2 at ophobe sig på Jorden?

Gennem at studere gamle sten har forskere fundet ud af, at Jorden på et tidspunkt for mellem 2,5 og 2,3 milliarder år siden gennemgik det, som forskerne kalder “Great Oxidation Event” eller forkortet “GOE”. O2 ophobede sig først i Jordens atmosfære på dette tidspunkt og har været til stede lige siden.

Gennem talrige undersøgelser inden for dette forskningsområde er der imidlertid kommet beviser for, at der var mindre mængder O2 i små områder af Jordens gamle lavvandede oceaner før GOE. Og i en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Geoscience, har et forskerhold ledet af forskere fra Arizona State University (ASU) leveret overbevisende beviser for en betydelig iltning af havene før GOE, i større skala og på større dybder end tidligere anerkendt.

I denne undersøgelse målrettede holdet et sæt 2,5 milliarder år gamle marine sedimentære bjergarter fra Vestaustralien kendt som Mt. McRae Shale. “Disse sten var perfekte til vores undersøgelse, fordi det tidligere er blevet vist, at de er blevet aflejret under en anomal iltningsepisode før den store oxidationsbegivenhed”, siger hovedforfatter Chadlin Ostrander fra ASU’s School of Earth and Space Exploration.

Shales er sedimentære bjergarter, der på et tidspunkt i Jordens fortid blev aflejret på havbunden i gamle oceaner. I nogle tilfælde indeholder disse skifersten kemiske fingeraftryk fra de gamle oceaner, de blev aflejret i.

I forbindelse med denne forskning opløste Ostrander skiferprøver og adskilte de relevante grundstoffer i et rent laboratorium og målte derefter isotopsammensætningerne på et massespektrometer. Denne proces blev gennemført med hjælp fra medforfatterne Sune Nielsen fra Woods Hole Oceanographic Institution (Massachusetts); Jeremy Owens fra Florida State University; Brian Kendall fra University of Waterloo (Ontario, Canada); videnskabsfolk Gwyneth Gordon og Stephen Romaniello fra ASU’s School of Earth and Space Exploration; og Ariel Anbar fra ASU’s School of Earth and Space Exploration og School of Molecular Sciences. Dataindsamlingen tog over et år og benyttede faciliteter på Woods Hole Oceanographic Institution, Florida State University og ASU.

Med massespektrometre målte holdet thallium- og molybdæn-isotopsammensætningen i Mt. Det var første gang, at begge isotopsystemer var blevet målt i det samme sæt skiferprøver. Som antaget fremkom der et forudsigeligt thallium- og molybdænisotopmønster, hvilket indikerer, at manganoxidmineraler blev begravet i havbunden i store områder af det gamle ocean. For at denne begravelse kunne finde sted, skulle O2 have været til stede hele vejen ned til havbunden for 2,5 milliarder år siden.

Disse resultater forbedrer forskernes forståelse af Jordens iltningshistorie i havene. Ophobning af O2 var sandsynligvis ikke begrænset til små dele af overfladehavet før GOE. Det er mere sandsynligt, at O2-akkumulationen strakte sig over store områder af havet og strakte sig langt ind i havets dybder. I nogle af disse områder synes O2-akkumulationen endog at have strakt sig helt ned til havbunden.

“Vores opdagelse tvinger os til at genoverveje den oprindelige iltning af Jorden,” siger Ostrander. “Mange beviser tyder på, at O2 begyndte at ophobe sig i Jordens atmosfære efter ca. 2,5 milliarder år siden under GOE. Men det er nu tydeligt, at Jordens oprindelige iltning er en historie, der har rødder i havet. O2 ophobede sig sandsynligvis i Jordens oceaner — til betydelige niveauer, ifølge vores data — længe før det skete i atmosfæren.”

“Nu hvor vi ved, hvornår og hvor O2 begyndte at ophobe sig, er det næste spørgsmål hvorfor”, siger ASU’s præsidentprofessor og medforfatter Anbar. “Vi tror, at bakterier, der producerer O2, trivedes i havene længe før O2 begyndte at blive opbygget i atmosfæren. Hvad ændrede sig for at forårsage denne ophobning? Det er det, vi arbejder på som det næste.”