Så när och var började O2 bildas på jorden?
Med hjälp av gamla stenar har forskare fastställt att någon gång mellan 2,5 och 2,3 miljarder år sedan genomgick jorden det som forskarna kallar ”Great Oxidation Event”, eller förkortat ”GOE”. O2 ansamlades för första gången i jordens atmosfär vid denna tidpunkt och har funnits där sedan dess.
Genom många studier inom detta forskningsområde har det dock framkommit bevis för att det fanns mindre mängder O2 i små områden i jordens gamla grunda hav före GOE. Och i en studie som nyligen publicerades i tidskriften Nature Geoscience har en forskargrupp ledd av forskare vid Arizona State University (ASU) gett övertygande bevis för en betydande syresättning av haven före GOE, i större skala och på större djup än vad som tidigare har erkänts.
För den här studien riktade gruppen in sig på en uppsättning 2,5 miljarder år gamla marina sedimentära bergarter från västra Australien, kända som Mt McRae Shale. ”Dessa bergarter var perfekta för vår studie eftersom det tidigare visats att de har avsatts under en onormal syresättningsepisod före den stora oxidationshändelsen”, säger huvudförfattaren Chadlin Ostrander från ASU:s School of Earth and Space Exploration.
Shales är sedimentära bergarter som någon gång i jordens förflutna avsattes på havsbotten i gamla oceaner. I vissa fall innehåller dessa skiffrar kemiska fingeravtryck från de forntida oceaner där de avlagrades.
För den här forskningen löste Ostrander upp skifferprover och separerade de element som var av intresse i ett rent labb, och mätte sedan isotopkompositionerna med en masspektrometer. Denna process genomfördes med hjälp av medförfattarna Sune Nielsen vid Woods Hole Oceanographic Institution (Massachusetts), Jeremy Owens vid Florida State University, Brian Kendall vid University of Waterloo (Ontario, Kanada), vetenskapsmännen Gwyneth Gordon och Stephen Romaniello vid ASU:s School of Earth and Space Exploration samt Ariel Anbar vid ASU:s School of Earth and Space Exploration och School of Molecular Sciences. Datainsamlingen tog över ett år och utnyttjade anläggningar vid Woods Hole Oceanographic Institution, Florida State University och ASU.
Med hjälp av masspektrometrar mätte teamet isotopkompositionerna av tallium och molybden i Mt McRae-skiffern. Detta var första gången som båda isotopsystemen mättes i samma uppsättning skifferprover. Enligt hypotesen framträdde ett förutsägbart isotopmönster för tallium och molybden, vilket tyder på att manganoxidmineraler begravdes i havsbottnen över stora delar av det forntida havet. För att denna nedgrävning skulle kunna ske måste O2 ha funnits hela vägen ner till havsbotten för 2,5 miljarder år sedan.
Dessa fynd förbättrar forskarnas förståelse av jordens historia när det gäller syresättning i haven. Ackumulationen av O2 var troligen inte begränsad till små delar av ytan av havet före GOE. Mer troligt är att O2-ackumulationen sträckte sig över stora delar av havet och sträckte sig långt in i havets djup. I vissa av dessa områden verkar O2-ackumulationen till och med ha sträckt sig ända ner till havsbotten.
”Vår upptäckt tvingar oss att tänka om när det gäller jordens ursprungliga syresättning”, säger Ostrander. ”Många bevis tyder på att O2 började ackumuleras i jordens atmosfär efter cirka 2,5 miljarder år sedan under GOE. Nu är det dock uppenbart att jordens första syresättning är en historia som har sina rötter i havet. O2 ackumulerades förmodligen i jordens hav – till betydande nivåer, enligt våra data – långt innan det skedde i atmosfären.”
”Nu när vi vet när och var O2 började byggas upp är nästa fråga varför”, säger ASU:s presidentprofessor och medförfattare Anbar. ”Vi tror att bakterier som producerar O2 trivdes i haven långt innan O2 började byggas upp i atmosfären. Vad förändrades för att orsaka denna uppbyggnad? Det är vad vi arbetar med härnäst.”