Milloin ja missä O2 alkoi kerääntyä maapallolle?

Tutkijat ovat muinaisia kiviä tutkimalla todenneet, että joskus 2,5-2,3 miljardia vuotta sitten maapallolla tapahtui se, mitä tutkijat kutsuvat ”suureksi hapettumistapahtumaksi” tai lyhyesti GOE:ksi. O2 kertyi maapallon ilmakehään ensimmäisen kerran tuolloin ja on ollut läsnä siitä lähtien.

Lukuisten tämän tutkimusalan tutkimusten kautta on kuitenkin saatu todisteita siitä, että maapallon muinaisten matalien valtamerien pienillä alueilla oli pieniä määriä O2:ta ennen GOE:tä. Äskettäin Nature Geoscience -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Arizonan valtionyliopiston (ASU) tutkijoiden johtama tutkijaryhmä on esittänyt vakuuttavia todisteita siitä, että valtamerissä oli ennen GOE:ta merkittävästi happea, laajemmassa mittakaavassa ja syvemmällä kuin aiemmin oli havaittu.

Tutkimusta varten ryhmä otti kohteekseen Länsi-Australiasta peräisin olevan 2,5 miljardia vuotta vanhan merellisen sedimenttikiviaineksen, niin sanotun Mt. McRae Shalen. ”Nämä kivet sopivat täydellisesti tutkimukseemme, koska niiden on aiemmin osoitettu kerrostuneen anomaalisen hapetusjakson aikana ennen suurta hapettumistapahtumaa”, sanoo pääkirjoittaja Chadlin Ostrander ASU:n Maan- ja avaruustutkimuksen tiedekunnasta.

Sleesit ovat sedimenttikiviä, jotka kerrostuivat jossakin vaiheessa maapallon menneisyydessä muinaisten valtamerten merenpohjalle. Joissakin tapauksissa nämä liuskeet sisältävät niiden muinaisten valtamerien kemiallisia sormenjälkiä, joihin ne kerrostuivat.

Tässä tutkimuksessa Ostrander liuotti liuskenäytteitä ja erotti kiinnostavat alkuaineet puhtaassa laboratoriossa, minkä jälkeen hän mittasi isotooppikoostumukset massaspektrometrillä. Prosessi saatiin valmiiksi apunaan kanssakirjoittajat Sune Nielsen Woods Hole Oceanographic Institutionista (Massachusetts), Jeremy Owens Floridan valtionyliopistosta, Brian Kendall Waterloon yliopistosta (Ontario, Kanada), tutkijat Gwyneth Gordon ja Stephen Romaniello ASU:n School of Earth and Space Explorationista sekä Ariel Anbar ASU:n School of Earth and Space Explorationista ja School of Molecular Sciencesista. Tiedonkeruu kesti yli vuoden, ja siinä käytettiin Woods Hole Oceanographic Institutionin, Florida State Universityn ja ASU:n laitteistoja.

Massaspektrometrien avulla ryhmä mittasi Mt. McRae Shalen talliumin ja molybdeenin isotooppikoostumuksia. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun molemmat isotooppijärjestelmät mitattiin samoista liuskenäytteistä. Kuten oletettiin, esiin tuli ennustettava talliumin ja molybdeenin isotooppikuvio, joka osoittaa, että mangaanioksidimineraaleja hautautui merenpohjaan laajoilla alueilla muinaisessa valtameressä. Jotta tämä hautautuminen olisi voinut tapahtua, O2:n on täytynyt olla läsnä aina merenpohjaa myöten 2,5 miljardia vuotta sitten.

Nämä havainnot parantavat tutkijoiden käsitystä maapallon valtamerten hapettumisen historiasta. O2:n kertyminen ei todennäköisesti rajoittunut pieniin osiin pintamerta ennen GOE:tä. Todennäköisemmin O2:n kertyminen ulottui laajoille valtameren alueille ja pitkälle valtameren syvyyksiin. Joillakin näistä alueista O2:n kertyminen näyttää ulottuneen jopa merenpohjaan asti.

”Löytömme pakottaa meidät miettimään uudelleen maapallon alkuperäistä hapettumista”, Ostrander toteaa. ”Monet todistusaineistot viittaavat siihen, että O2 alkoi kertyä Maan ilmakehään noin 2,5 miljardia vuotta sitten GOE:n aikana. Nyt on kuitenkin ilmeistä, että maapallon alkuperäinen hapettuminen on tarina, jonka juuret ovat valtameressä. O2 todennäköisesti kerääntyi maapallon valtameriin – aineistomme mukaan merkittäviin määriin – paljon ennen kuin se kerääntyi ilmakehään.”

”Nyt kun tiedämme, milloin ja missä O2 alkoi kertyä, seuraava kysymys on, miksi”, sanoo ASU:n presidentin professori ja toinen kirjoittaja Anbar. ”Uskomme, että O2:ta tuottavat bakteerit kukoistivat valtamerissä kauan ennen kuin O2 alkoi kertyä ilmakehään. Mikä muuttui ja aiheutti tuon kertymisen? Sitä tutkimme seuraavaksi.”