Jorden mistede næsten al ilt og kunne være blevet kvalt for 2,3 milliarder år siden

(Jim Sugar/Getty Images)

Jordens overgang til permanent at være vært for en iltet atmosfære var en standsningsproces, der tog 100 millioner år længere end tidligere antaget, ifølge en ny undersøgelse.

Da Jorden først blev dannet for 4,5 milliarder år siden, indeholdt atmosfæren næsten ingen ilt . Men for 2,43 milliarder år siden skete der noget: Iltniveauet begyndte at stige, for derefter at falde, ledsaget af massive ændringer i klimaet, inklusive flere istider, der kan have dækket hele kloden i is.

Kemiske signaturer låst i klipper, der blev dannet i denne æra, havde antydet, at ilt for 2,32 milliarder år siden var et permanent træk ved planetens atmosfære.

Men en ny undersøgelse, der dykker ned i perioden efter 2,32 milliarder år siden, finder ud af, at iltniveauerne stadig yo-yoede frem og tilbage indtil for 2,22 milliarder år siden, hvor planeten endelig nåede et permanent vendepunkt.

Denne nye forskning, offentliggjort i tidsskriftet Natur den 29. marts forlænger varigheden af ​​det, forskerne kalder den store oxidationsbegivenhed, med 100 millioner år. Det kan også bekræfte sammenhængen mellem iltning og massive klimaudsving.

Relaterede: 10 gange afslørede Jorden sin underlighed

'Vi begynder først nu at se kompleksiteten af ​​denne begivenhed,' sagde studiemedforfatter Andrey Bekker, en geolog ved University of California, Riverside.

Etablering af ilt

Ilten skabt i den store oxidationsbegivenhed blev lavet af marine cyanobakterier, en type bakterier, der producerer energi via fotosyntese . Det vigtigste biprodukt af fotosyntese er ilt, og tidlige cyanobakterier fik til sidst ilt nok til at genoprette planetens ansigt for evigt.

Signaturen på denne ændring er synlig i marine sedimentære bjergarter. I en iltfri atmosfære indeholder disse klipper visse slags svovlisotoper. (Isotoper er grundstoffer med varierende antal neutroner i deres kerner.) Når oxygen spidser, forsvinder disse svovlisotoper, fordi de kemiske reaktioner, der skaber det, ikke forekommer i nærvær af oxygen.

Bekker og hans kolleger har længe studeret udseendet og forsvinden af ​​disse svovlisotopsignaler. De og andre forskere havde bemærket, at stigningen og faldet af ilt i atmosfæren syntes at følge med tre globale istider, der fandt sted for mellem 2,5 milliarder og 2,2 milliarder år siden. Men mærkeligt nok havde den fjerde og sidste istid i den periode ikke været forbundet med udsving i atmosfærisk iltniveau.

Forskerne var forundrede, fortalte Bekker WordsSideKick.com. 'Hvorfor har vi fire glaciale begivenheder, og tre af dem kan kædes sammen og forklares gennem variationer af atmosfærisk ilt, men den fjerde af dem står uafhængig?'

For at finde ud af det undersøgte forskerne yngre sten fra Sydafrika. Disse marine klipper dækker den senere del af den store oxidationsbegivenhed, fra efterdønningerne af den tredje istid op til omkring 2,2 milliarder år siden.

De fandt ud af, at efter den tredje glaciationshændelse var atmosfæren iltfri i starten, så steg ilten og faldt igen. Ilt steg igen for 2,32 milliarder år siden - det punkt, hvor forskere tidligere troede, at stigningen var permanent. Men i de yngre klipper opdagede Bekker og hans kolleger igen et fald i iltniveauet. Dette fald faldt sammen med den endelige istid, den der ikke tidligere havde været forbundet med atmosfæriske ændringer.

'Atmosfærisk oxygen i denne tidlige periode var meget ustabil, og den gik op til relativt høje niveauer, og den faldt ned til meget lave niveauer,' sagde Bekker. 'Det er noget, vi ikke forventede før måske de sidste 4 eller 5 år [med forskning].'

Cyanobakterier vs. vulkaner

Forskere arbejder stadig på, hvad der forårsagede alle disse udsving, men de har nogle ideer. En nøglefaktor er metan, en drivhusgas, der er mere effektiv til at fange varme end kuldioxid.

I dag spiller metan en lille rolle i den globale opvarmning sammenlignet med kuldioxid, fordi metan reagerer med ilt og forsvinder fra atmosfæren inden for omkring et årti, hvorimod kuldioxid hænger ved i hundreder af år. Men når der var lidt eller ingen ilt i atmosfæren, holdt metan meget længere og fungerede som en vigtigere drivhusgas.

Så rækkefølgen af ​​iltning og klima forandring gik muligvis noget i retning af dette: Cyanobakterier begyndte at producere ilt, som reagerede med metanen i atmosfæren på det tidspunkt og efterlod kun kuldioxid.

Denne kuldioxid var ikke rigelig nok til at kompensere for den opvarmende effekt af den tabte metan, så planeten begyndte at køle af. Gletscherne udvidede sig, og planetens overflade blev iskold og kold.

At redde planeten fra en permanent dybfrysning var dog subglaciale vulkaner. Vulkanisk aktivitet øgede til sidst kuldioxidniveauet højt nok til at opvarme planeten igen. Og mens iltproduktionen haltede i de isdækkede oceaner på grund af, at cyanobakterierne modtog mindre sollys, begyndte metan fra vulkaner og mikroorganismer igen at opbygges i atmosfæren, hvilket yderligere varmede tingene op.

Men vulkanske kuldioxidniveauer havde en anden stor effekt. Når kuldioxid reagerer med regnvand, danner det kulsyre, som opløser sten hurtigere end pH-neutralt regnvand. Denne hurtigere forvitring af sten bringer flere næringsstoffer som fosfor ud i havene.

For mere end 2 milliarder år siden ville en sådan næringsstoftilstrømning have drevet de iltproducerende marine cyanobakterier til et produktivt vanvid, igen øget atmosfærisk iltniveau, drevet metan ned og startet hele cyklussen igen.

Til sidst brød en anden geologisk ændring denne iltnings-glaciationscyklus. Mønsteret ser ud til at være afsluttet for omkring 2,2 milliarder år siden, da stenrekorden indikerer en stigning i organisk kulstof, der begraves, hvilket tyder på, at fotosyntetiske organismer havde en storhedstid.

Ingen ved dog præcist, hvad der udløste dette vendepunkt Bekker og hans kolleger antager en hypotese at vulkansk aktivitet i denne periode gav en ny tilstrømning af næringsstoffer til havene, og til sidst gav cyanobakterier alt, hvad de havde brug for for at trives.

På dette tidspunkt, sagde Bekker, var iltniveauerne høje nok til permanent at undertrykke metans overdimensionerede indflydelse på klimaet, og kuldioxid fra vulkansk aktivitet og andre kilder blev den dominerende drivhusgas til at holde planeten varm.

Der er mange andre rocksekvenser fra denne æra rundt om i verden, sagde Bekker, herunder i det vestlige Afrika, Nordamerika, Brasilien, Rusland og Ukraine. Disse gamle klipper har brug for mere undersøgelse for at afsløre, hvordan de tidlige iltningscyklusser fungerede, sagde han, især for at forstå, hvordan op- og nedture påvirkede planetens liv.

Relateret indhold:

50 interessante fakta om Jorden

Foto tidslinje: Hvordan jorden blev dannet

7 måder, hvorpå Jorden ændrer sig på et øjeblik

Denne artikel blev oprindeligt udgivet af Live Science . Læs original artikel her .

Populære Kategorier: Mening , Ukategoriseret , Mennesker , Natur , Plads , Sundhed , Forklarer , Samfund , Tech , Miljø ,

Om Os

Offentliggørelse Af Uafhængige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Sundhed, Rum, Natur, Teknologi Og Miljøet.