Havsbotten är vidsträckt och varierad, utgör mer än 70 % av jordens yta. Forskare har länge använt information från sediment på havets botten – lager av sten och mikrobiell smuts – för att rekonstruera förhållandena i förr i tiden.

Dessa rekonstruktioner är viktiga för att förstå hur och när syre blev tillgängligt i jordens atmosfär och i slutändan ökade till de nivåer som stödjer livet som vi känner det idag.

Ändå gör rekonstruktioner som förlitar sig på signaler från sedimentära bergarter men ignorerar effekterna av lokala sedimentära processer det på egen risk, enligt geovetare inklusive David Fike i Arts &Sciences vid Washington University i St. Louis.

Deras nya studie publicerad 26 februari i Vetenskapens framsteg bygger på analyser av ett mineral som kallas pyrit (FeS ₂ ) som bildas i närvaro av bakterier. Med dess kemiskt reducerade järn (Fe) och svavel (S), nedgrävningen av pyrit i marina sediment är en av de viktigaste kontrollerna för syrenivåerna i jordens atmosfär och hav.

Forskarna jämförde pyrit i sediment som samlats i ett borrhål som borrats i hyllan strax utanför Nya Zeelands östra kust med sediment som borrats från samma havsbassäng men hundratals kilometer ut i Stilla havet.

"Vi kunde få en gradient av grunda till djupa sediment och jämföra skillnaderna mellan dessa isotopsammansättningar i pyrit mellan dessa sektioner, sa Fike, professor i jord- och planetvetenskap och chef för miljöstudier vid Washington University.

"Vi visar att för denna ena bassäng i det öppna havet, du får väldigt olika signaler mellan grunt och djupt vatten, vilket är prima facie-bevis för att hävda att dessa signaler inte är det globala fingeravtrycket av syre i atmosfären, sa Fike, som också fungerar som chef för Washington Universitys International Center for Energy, Miljö och hållbarhet (InCEES).

Istället för att peka direkt på syre, samma signaler från pyrit skulle kunna omtolkas eftersom de relaterar till andra viktiga faktorer, Fike sa, som havsnivåförändringar och plattektonik.

Fike och första författaren Virgil Pasquier, en postdoktor vid Weizmann Institute of Sciences i Israel, ifrågasatte först hur pyrit har använts som en proxy i en studie publicerad i PNAS 2017 med hjälp av Medelhavets sediment. För sin postdoktorala forskning, Pasquier har arbetat med professor Itay Halevy vid Weizmann-institutet för att förstå de olika kontrollerna av pyrits isotopsammansättning. Deras resultat ger upphov till oro för den vanliga användningen av svavelkisotoper för att rekonstruera jordens utvecklande oxidationstillstånd.

"Strängt talat, vi undersöker de kopplade cyklerna av kol, syre och svavel, och kontrollerna av atmosfärens oxidationstillstånd, sa Pasquier.

"Det är mycket sexigare för en tidning att rekonstruera tidigare förändringar i havets kemi än att fokusera på begravningen av stenar eller vad som hände under begravningen, " sa han. "Men jag tycker att den här delen är ännu mer intressant. Eftersom det mesta av mikrobiellt liv - särskilt när syre ursprungligen ackumulerades i atmosfären - inträffade i sediment. Och om vårt yttersta mål är att förstå syresättningen av haven, då måste vi förstå detta."

För denna studie, teamet genomförde 185 svavelisotopanalyser av pyrit längs de två borrhålen. De fastställde att förändringar i signalerna i pyrit från det närliggande borrhålet var mer kontrollerade av havsnivådrivna förändringar i lokal sedimentation, snarare än någon annan faktor.

I kontrast, Sedimenten i det djupare borrhålet var immuna mot havsnivåförändringarna. Istället, de registrerade en signal i samband med den långsiktiga omorganisationen av havsströmmar.

"Det finns en tröskel för vattendjup, sa Roger Bryant, en medförfattare och Ph.D. examen från Fikes laboratorium vid Washington University, nu postdoktor vid University of Chicago. "När du väl går under det vattendjupet, svavelisotoper är tydligen inte känsliga för saker som klimat och miljöförhållanden i ytmiljön."

Fike tillade:"Jorden är en komplicerad plats, och vi måste komma ihåg det när vi försöker rekonstruera hur det har förändrats tidigare. Det finns ett antal olika processer som påverkar de typer av signaler som bevaras. När vi försöker att bättre förstå jordens långsiktiga utveckling, vi måste ha en mer nyanserad syn på hur man extraherar information från dessa signaler."