Forscher haben lange darüber nachgedacht, warum Sauerstoff in der Erdatmosphäre ab etwa 2,4 Milliarden Jahren gedieh.
Der als "großes Oxidationsereignis" bezeichnete Übergang "veränderte die Oberflächenumgebung auf der Erde irreversibel und ermöglichte letztendlich ein fortgeschrittenes Leben", sagte Dominic Papineau vom Geophysical Laboratory der Carnegie Institution.
Jetzt hat Papineau eine neue Studie in der Zeitschrift mitverfasst Natur, die neue Hinweise auf das Geheimnis in alten Sedimentgesteinen enthüllt.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Kurt Konhauser von der University of Alberta in Edmonton analysierte die Spurenelementzusammensetzung von Sedimentgesteinen, die als bandierte Eisenformationen oder BIFs bekannt sind, aus Dutzenden verschiedener Orte auf der ganzen Welt im Alter von 3.800 bis 550 Jahren Millionen Jahre. Gebänderte Eisenformationen sind einzigartige, wassergelagerte Ablagerungen, die häufig in extrem alten Gesteinsschichten gefunden werden, die sich gebildet haben, bevor die Atmosphäre oder die Ozeane reichlich Sauerstoff enthielten. Wie der Name schon sagt, bestehen sie aus abwechselnden Bändern aus Eisen- und Silikatmineralien.
Sie enthalten auch geringe Mengen an Nickel und anderen Spurenelementen. Und die Geschichte des Nickels, so denken die Forscher, könnte ein Geheimnis für den Ursprung des modernen Lebens enthüllen.
Nickel kommt in den heutigen Ozeanen in Spuren vor, war jedoch in den Urmeeren der Erde bis zu 400-mal häufiger. Methanproduzierende Mikroorganismen, sogenannte Methanogene, gedeihen in solchen Umgebungen, und das Methan, das sie an die Atmosphäre abgeben, könnte die Bildung von Sauerstoffgas verhindert haben, das mit dem Methan unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser reagiert hätte.
Ein Rückgang der Nickelkonzentration hätte zu einer „Nickel-Hungersnot“ für die Methanogene geführt, die für wichtige Stoffwechselprozesse auf Enzyme auf Nickelbasis angewiesen sind. Algen und andere Organismen, die während der Photosynthese Sauerstoff freisetzen, verwenden unterschiedliche Enzyme und wären daher weniger von der Nickel-Hungersnot betroffen gewesen. Infolgedessen wäre das atmosphärische Methan zurückgegangen, und die Bedingungen für den Sauerstoffanstieg wären geschaffen worden.
Die Forscher fanden heraus, dass der Nickelgehalt in den BIF vor etwa 2,7 Milliarden Jahren zu sinken begann und vor 2,5 Milliarden Jahren etwa die Hälfte seines früheren Wertes betrug.
„Das Timing passt sehr gut. Der Rückgang des Nickels hätte die Voraussetzungen für das große Oxidationsereignis schaffen können “, sagte Papineau. "Und nach dem, was wir über lebende Methanogene wissen, hätte ein niedrigerer Nickelgehalt die Methanproduktion erheblich eingeschränkt."
Warum Nickel überhaupt abfiel, weisen die Forscher auf die Geologie hin. In früheren Phasen der Erdgeschichte, in denen der Erdmantel extrem heiß war, hatten Laven aus Vulkanausbrüchen einen relativ hohen Nickelgehalt. Die Erosion hätte das Nickel ins Meer gespült und das Niveau hoch gehalten. Aber als sich der Mantel abkühlte und sich die Chemie der Laven änderte, spuckten Vulkane weniger Nickel aus und weniger hätten den Weg zum Meer gefunden.
"Die Nickelverbindung hatte noch niemand in Betracht gezogen", sagte Papineau. "Es ist nur ein Spurenelement im Meerwasser, aber unsere Studie zeigt, dass es einen großen Einfluss auf die Umwelt der Erde und auf die Geschichte des Lebens hatte."
Quelle: Carnegie Institution for Science, über Eurekalert.
