For milliarder av år siden var jordens miljø veldig forskjellig fra det vi kjenner i dag. I utgangspunktet var planetens urbefolkningsatmosfære giftig for livet slik vi kjenner den, bestående av karbondioksid, nitrogen og andre gasser. I løpet av Paleoproterozoic Era (for 2,5–1,6 milliarder år siden) skjedde det imidlertid en dramatisk endring der oksygen begynte å bli introdusert i atmosfæren - kjent som Great Oxidation Event (GOE).
Inntil nylig var forskere ikke sikre på om denne hendelsen - som var et resultat av fotosyntetiske bakterier som forandrer atmosfæren - skjedde raskt eller ikke. I følge en fersk studie fra et team av internasjonale forskere, var imidlertid denne hendelsen mye raskere enn tidligere antatt. Basert på nyoppdagede geologiske bevis, konkluderte teamet med at introduksjonen av oksygen til atmosfæren vår var "mer som en brannslange" enn en sild.
Studien, med tittelen “To milliarder år gamle evaporitter fanger jordas store oksidasjon”, dukket nylig opp i tidsskriftet Vitenskap. Under ledelse av Clara Blättler, en postdoktorisk stipendiat ved Institutt for geovitenskap ved Princeton, inkluderte teamet også medlemmer fra Blue Marble Space Institute of Science, Karelian Science Center, British Geological Survey, Geological Survey of Norway og flere universiteter .
Kort sagt begynte den store oksygenasjonshendelsen for omtrent 2,45 milliarder år siden i begynnelsen av det proterozoiske eonet. Denne prosessen antas å ha vært et resultat av at cyanobakterier sakte metaboliserte karbondioksid (CO2) og produserte oksygengass, som nå utgjør omtrent 20% av atmosfæren. Inntil nylig var forskerne imidlertid ikke i stand til å plassere mye i veien for begrensninger for denne perioden.
Heldigvis hentet et team av geologer fra Geological Survey of Norway - i samarbeid med Karelian Research Center i Petrozavodsk, Russland - nylig prøver av konserverte krystalliserte salter i Russland som er datert til denne perioden. De ble trukket ut fra et 1,9 km dypt hull på Karelia i Nord-Russland fra boreplassen Onega Parametric Hole (OPH) på de vestlige breddene av innsjøen Onega.
Disse saltkrystallene, som er for omtrent 2 milliarder år siden, var et resultat av at gammel sjøvann fordampet. Ved hjelp av disse prøvene kunne Blättler og teamet hennes lære ting om havets sammensetning og atmosfæren som eksisterte på jorden rundt GOEs tid. For det første bestemte teamet at de inneholdt en overraskende stor mengde sulfat, som er et resultat av at sjøvann reagerte med oksygen.
Som Aivo Lepland - forsker ved Geological Survey of Norway, en geologispesialist ved Tallinn University of Technology, og seniorforfatter på studien - forklarte i fersk pressemelding fra Princeton:
Dette er det sterkeste beviset noensinne på at det eldgamle sjøvannet som mineralene falt ut fra hadde høye sulfatkonsentrasjoner og nådde minst 30 prosent av dagens oseansulfat, slik våre estimater indikerer. Dette er mye høyere enn tidligere antatt og vil kreve betydelig omtenking av omfanget av oksygenering av jordas 2 milliarder år gamle atmosfære-hav-system. "
Før dette var forskere usikre på hvor lang tid det tok før atmosfæren vår nådde sin nåværende balanse av nitrogen og oksygen, noe som er viktig for livet slik vi kjenner det. I utgangspunktet var opinionen delt mellom at det var noe som skjedde raskt, eller skjedde i løpet av millioner av år. Mye av dette stammer fra det faktum at de eldste steinsaltene som ble oppdaget, ble datert til for en milliard år siden.
"Det har vært vanskelig å teste disse ideene fordi vi ikke hadde bevis fra den epoken for å fortelle oss om atmosfærens sammensetning," sa Blättler. Ved å oppdage steinsalter som er omtrent 2 milliarder år gamle, har forskere imidlertid bevisene de trenger for å begrense GOE. Funnet var også veldig heldig, gitt at slike steinsaltprøver er ganske skjøre.
Prøvene som ble brukt for denne studien, inneholdt halitt (som er kjemisk identisk med bordsalt eller natriumklorid) samt andre salter av kalsium, magnesium og kalium - som lett oppløses over tid. Imidlertid ble prøven oppnådd i dette tilfellet eksepsjonelt godt bevart dypt inne i jorden. Som sådan er de i stand til å gi forskere uvurderlige ledetråder for hva som skjedde rundt GOEs tid.
Når vi ser fremover, vil denne siste studien sannsynligvis føre til nye modeller som forklarer hva som skjedde etter GOE for å få oksygengass til å samle seg i atmosfæren vår. Som John Higgins, en assisterende professor i geofag ved Princeton som ga tolkning av den geokjemiske analysen, forklarte:
“Dette er en ganske spesiell klasse av geologiske forekomster. Det har vært mye debatt om hvorvidt den store oksidasjonshendelsen, som er bundet til å øke og redusere forskjellige kjemiske signaler, representerer en stor endring i oksygenproduksjonen, eller bare en terskel som ble krysset. Hovedpoenget er at denne artikkelen gir bevis på at oksygeneringen av jorden over denne tidsperioden involverte mye oksygenproduksjon ... Det kan ha vært viktige endringer i tilbakemeldingssyklusene på land eller i havene, eller en stor økning i oksygenproduksjonen ved mikrober, men uansett var det mye mer dramatisk enn vi hadde forståelse for før. ”
Disse modellene vil sannsynligvis også hjelpe i jakten på liv utenfor solsystemet vårt. Ved å forstå hva som skjedde på vår egen planet for milliarder av år siden for å gjøre den egnet for livet, vil vi kunne oppdage de samme forholdene og prosessene på andre planeter.
