Toename concentratie zuurstof op aarde lijkt ouder dan 2,5 mld jaar

De zuurstofrijke atmosfeer op aarde bestaat misschien al veel langer dan 2,5 miljard jaar. Dat concludeert een groep geofysici onder leiding van Hiroshi Ohmoto van Pennsylvania State University uit de bestudering van gesteenten van 2,8 en 2,9 miljard jaar oud. (Nature, 24 augustus).

Tekstboeken beschrijven een snelle toename van de zuurstofconcentratie in de atmosfeer, vanaf 2,4 miljard jaar geleden. Om het zuurstofgehalte te bepalen van de atmosfeer op de jonge aarde heeft Ohmoto pyriethoudende stenen bestudeerd in het westen van Australië. In dit pyriet (FeS2 ) vond hij isotopen van het element zwavel in een verhouding die kenmerkend is voor een zuurstofrijke atmosfeer. De gedachte daarachter is dat zwaveldioxide dat vrijkomt bij vulkaanuitbarstingen in relatief recente, zuurstofrijke tijden, beschermd is tegen ultraviolet licht, omdat er behalve zuurstof ook een beschermende ozonlaag aanwezig was. Ozon is een variant van zuurstof die bestaat uit drie in plaats van twee atomen. Voordat er een ozonlaag bestond had het ultraviolette licht vrij spel, wat te zien is aan de verhouding van de zwavelisotopen in pyriet dat stamt uit die tijd.

Een zuurstofrijke atmosfeer op de jonge aarde heeft consequenties voor onze kijk op de evolutie van het leven. Zuurstofproducerende cyanobacteriën kunnen aan een hoge zuurstofconcentratie hebben bijgedragen. In een e-mail legt Ohmoto uit dat zijn bevindingen stroken met aanwijzingen voor het bestaan van oeroude blauwalgen in stromatolieten van 2,7 miljard jaar en ouder. Wetenschappers die de zuurstofrijke atmosfeer later plaatsen hebben een andere verklaring nodig voor deze structuren: methaanproducerende bacteriën bijvoorbeeld. Hedendaagse stromatolieten worden echter gevormd door blauwalgen.

De auteurs waarschuwen dat de aardatmosfeer misschien niet permanent zuurstofrijk was. Het is ook mogelijk dat de zuurstofconcentratie op de vroege aarde sterk varieerde. Sterke aanwijzingen voor het bestaan van een dergelijke ‘jojo-atmosfeer’ zijn eerder gevonden, maar dan in formaties met een ouderdom van tussen 2,4 en 1,7 miljard jaar (de zogeheten banded-iron-formations).

In een commentaar in Nature onderkent geofysicus Paul Knauth van Arizona State University het belang van de ontdekking van Ohmoto en zijn collega’s. Toch oppert hij ook de mogelijkheid dat de vermeende link tussen ultraviolet licht, het zuurstofgehalte en de verhouding van zwavelisotopen helemaal niet bestaat. Een ander mechanisme dan ultraviolette straling zou de verschillen in verhoudingen van isotopen kunnen verklaren.

Er is reden voor enige scepsis. Volgens Knauth heeft recent experimenteel onderzoek ook verklaringen voor het ontstaan van van kenmerkende verhoudingen van zuurstofisotopen in meteorieten onderuit gehaald. Michiel van Nieuwstadt