Forskare har länge undrat hur jordens atmosfär fylldes med syre. UBC-geologen Matthijs Smit och forskningspartnern Klaus Mezger kan ha hittat svaret i kontinentala bergarter som är miljarder år gamla.

"Syrgas väntade på att hända, sade Smit. Allt det behövdes var att kontinenterna skulle mogna.

Jordens tidiga atmosfär och hav saknade fritt syre, även om små cyanobakterier producerade gasen som en biprodukt av fotosyntesen. Fritt syre är syre som inte är kombinerat med andra element som kol eller kväve, och aeroba organismer behöver det för att leva. En förändring inträffade för cirka tre miljarder år sedan, när små regioner som innehåller fritt syre började dyka upp i haven. Sedan, för cirka 2,4 miljarder år sedan, syre i atmosfären ökade plötsligt med cirka 10, 000 gånger på bara 200 miljoner år. Den här perioden, känd som den stora oxidationshändelsen, förändrade kemiska reaktioner på jordens yta helt.

Smit, en professor vid UBC:s avdelning för jord, havs- och atmosfärsvetenskap, och kollega, professor Klaus Mezger vid universitetet i Bern, var medvetna om att även kontinenternas sammansättning förändrades under denna period. De gav sig ut för att hitta en länk, tittar noga på register som beskriver geokemin hos skiffer och magmatiska bergarter från hela världen – mer än 48, 000 stenar som går tillbaka miljarder år.

"Det visade sig att en häpnadsväckande förändring inträffade i kontinenternas sammansättning samtidigt som fritt syre började ackumuleras i haven, sa Smit.

Innan syresättning, kontinenter var sammansatta av bergarter rika på magnesium och låga kiseldioxider - liknande det som finns idag på platser som Island och Färöarna. Men ännu viktigare, dessa stenar innehöll ett mineral som heter olivin. När olivin kommer i kontakt med vatten, det initierar kemiska reaktioner som förbrukar syre och låser det. Det är troligen vad som hände med syre som produceras av cyanobakterier tidigt i jordens historia.

Dock, när den kontinentala skorpan utvecklades till en komposition mer som dagens, olivin nästan försvann. Utan detta mineral för att reagera med vatten och förbruka syre, gasen fick slutligen samlas. Haven blev så småningom mättade, och syre passerade in i atmosfären.

"Det verkar verkligen ha varit startpunkten för livsdiversifiering som vi känner den, " sa Smit. "Efter den förändringen, jorden blev mycket mer beboelig och lämplig för utvecklingen av komplext liv, men det behövde en triggermekanism, och det är vad vi kan ha hittat."

Vad som fick kontinenternas sammansättning att förändras, det är föremål för pågående studier. Smit konstaterar att modern plattektonik började ungefär samtidigt, och många vetenskapsmän teoretiserar att det finns ett samband.

Studien publiceras i Naturgeovetenskap .