Vor Milliarden von Jahren war die Umwelt der Erde ganz anders als die, die wir heute kennen. Grundsätzlich war die ursprüngliche Atmosphäre unseres Planeten für das Leben, wie wir es kennen, giftig und bestand aus Kohlendioxid, Stickstoff und anderen Gasen. Im Paläoproterozoikum (vor 2,5 bis 1,6 Milliarden Jahren) kam es jedoch zu einer dramatischen Veränderung, bei der Sauerstoff in die Atmosphäre eingeleitet wurde - bekannt als Great Oxidation Event (GOE).
Bis vor kurzem waren sich die Wissenschaftler nicht sicher, ob dieses Ereignis - das das Ergebnis von photosynthetischen Bakterien war, die die Atmosphäre veränderten - schnell eintrat oder nicht. Laut einer aktuellen Studie eines Teams internationaler Wissenschaftler war dieses Ereignis jedoch viel schneller als bisher angenommen. Basierend auf neu entdeckten geologischen Beweisen kam das Team zu dem Schluss, dass die Einführung von Sauerstoff in unsere Atmosphäre „eher wie ein Feuerwehrschlauch“ als wie ein Rinnsal war.
Die Studie mit dem Titel "Zwei Milliarden Jahre alte Verdampfer erfassen die große Oxidation der Erde" wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft. Unter der Leitung von Clara Blättler, einer Postdoktorandin am Department of Geosciences in Princeton, gehörten auch Mitglieder des Blue Marble Space Institute of Science, des Karelian Science Center, des British Geological Survey, des Geological Survey of Norway und mehrerer Universitäten zum Team .
Kurz gesagt, das große Oxygenierungsereignis begann vor ungefähr 2,45 Milliarden Jahren zu Beginn des Proterozoikums. Es wird angenommen, dass dieser Prozess das Ergebnis von Cyanobakterien war, die das Kohlendioxid (CO2) langsam metabolisieren und Sauerstoffgas produzieren, das jetzt etwa 20% unserer Atmosphäre ausmacht. Bis vor kurzem konnten die Wissenschaftler diesen Zeitraum jedoch kaum einschränken.
Glücklicherweise hat ein Team von Geologen des Geological Survey of Norway - in Zusammenarbeit mit dem Karelian Research Center in Petrosawodsk, Russland - kürzlich Proben konservierter kristallisierter Salze in Russland gewonnen, die auf diesen Zeitraum datiert sind. Sie wurden aus einem 1,9 km tiefen Loch in Karelien im Nordwesten Russlands aus der Bohrstelle Onega Parametric Hole (OPH) am Westufer des Onega-Sees gewonnen.
Diese Salzkristalle, die vor ungefähr 2 Milliarden Jahren entstanden sind, waren das Ergebnis der Verdunstung des alten Meerwassers. Anhand dieser Proben konnten Blättler und ihr Team etwas über die Zusammensetzung der Ozeane und die Atmosphäre lernen, die zur Zeit der GOE auf der Erde existierte. Für den Anfang stellte das Team fest, dass sie eine überraschend große Menge Sulfat enthielten, was das Ergebnis der Reaktion von Meerwasser mit Sauerstoff ist.
Wie Aivo Lepland - Forscher am Geological Survey of Norway, Geologiespezialist an der Technischen Universität Tallinn und leitender Autor der Studie - in der jüngsten Pressemitteilung von Princeton erklärte:
„Dies ist der stärkste Beweis dafür, dass das uralte Meerwasser, aus dem diese Mineralien ausgefällt wurden, hohe Sulfatkonzentrationen aufwies, die nach unseren Schätzungen mindestens 30 Prozent des heutigen ozeanischen Sulfats erreichten. Dies ist viel höher als bisher angenommen und erfordert ein beträchtliches Überdenken des Ausmaßes der Sauerstoffanreicherung des 2 Milliarden Jahre alten Atmosphären-Ozean-Systems der Erde. “
Zuvor waren sich die Wissenschaftler nicht sicher, wie lange es gedauert hat, bis unsere Atmosphäre das derzeitige Gleichgewicht von Stickstoff und Sauerstoff erreicht hat, das für das Leben, wie wir es kennen, unerlässlich ist. Grundsätzlich war die Meinung geteilt zwischen etwas, das schnell oder im Laufe von Millionen von Jahren geschah. Ein Großteil davon ist darauf zurückzuführen, dass die ältesten entdeckten Steinsalze vor einer Milliarde Jahren datiert wurden.
"Es war schwierig, diese Ideen zu testen, da wir aus dieser Zeit keine Beweise hatten, die uns über die Zusammensetzung der Atmosphäre berichten könnten", sagte Blättler. Durch die Entdeckung von Steinsalzen, die ungefähr 2 Milliarden Jahre alt sind, haben Wissenschaftler nun die Beweise, die sie benötigen, um die GOE einzuschränken. Der Fund war auch sehr glücklich, da solche Steinsalzproben ziemlich zerbrechlich sind.
Die für diese Studie verwendeten Proben enthielten Halit (das chemisch mit Tafelsalz oder Natriumchlorid identisch ist) sowie andere Salze von Calcium, Magnesium und Kalium, die sich mit der Zeit leicht auflösen. Die in diesem Fall erhaltene Probe war jedoch tief in der Erde außergewöhnlich gut erhalten. Auf diese Weise können sie Wissenschaftlern wertvolle Hinweise darauf geben, was zur Zeit der GOE passiert ist.
Mit Blick auf die Zukunft wird diese neueste Studie wahrscheinlich zu neuen Modellen führen, die erklären, was nach der GOE passiert ist, damit sich Sauerstoffgas in unserer Atmosphäre ansammelt. John Higgins, ein Assistenzprofessor für Geowissenschaften in Princeton, der die geochemische Analyse interpretierte, erklärte:
„Dies ist eine ganz besondere Klasse geologischer Ablagerungen. Es wurde viel darüber diskutiert, ob das große Oxidationsereignis, das mit der Zunahme und Abnahme verschiedener chemischer Signale verbunden ist, eine große Veränderung der Sauerstoffproduktion darstellt oder nur eine Schwelle, die überschritten wurde. Das Fazit ist, dass dieses Papier Beweise dafür liefert, dass die Sauerstoffanreicherung der Erde in diesem Zeitraum viel Sauerstoffproduktion beinhaltete… Es gab möglicherweise wichtige Änderungen in den Rückkopplungszyklen an Land oder in den Ozeanen oder einen starken Anstieg der Sauerstoffproduktion durch Mikroben, aber so oder so war es viel dramatischer als wir es vorher verstanden hatten. “
Diese Modelle werden wahrscheinlich auch bei der Suche nach Leben jenseits unseres Sonnensystems helfen. Wenn wir verstehen, was vor Milliarden von Jahren auf unserem eigenen Planeten geschehen ist, um ihn für das Leben geeignet zu machen, können wir dieselben Bedingungen und Prozesse auf anderen Planeten erkennen.
