I jordens tidiga historia, för flera miljarder år sedan, endast spår av syre fanns i atmosfären och haven. Dagens luftandande organismer kunde inte ha existerat under de förhållandena. Förändringen orsakades av fotosyntetiserande bakterier, som skapade syre som en biprodukt-i stora mängder. 2,5 miljarder år gamla berglager på flera kontinenter har gett indikationer på att den första stora ökningen av andelen syre i atmosfären skedde då.

Nu, arbeta med internationella kollegor, Dr Benjamin Eickmann och professor Ronny Schönberg, isotopgeokemister från universitetet i Tübingen har upptäckt lager i Sydafrikas Pongola-bassäng som vittnar om syreproduktion av bakterier så tidigt som för 2,97 miljarder år sedan. Det gör bassängen till det tidigaste kända hemmet för syreproducerande organismer – känd som en syreoas. Studien har publicerats senast Naturgeovetenskap .

Förhållandena på jorden för cirka tre miljarder år sedan var minst sagt ogästvänliga. Atmosfären innehöll bara en hundra tusendel av det syre den har idag. Urhaven innehöll knappt något sulfat; men de innehöll stora mängder järn. När bakterier började producera syre, det kan initialt binda sig till andra element, men började berika atmosfären i ett massivt syreutsläpp för omkring 2,5 miljarder år sedan.

"Vi kan se det i försvinnandet av reducerade mineraler i sedimenten på kontinenterna. Vissa svavelsignaturer som bara kan bildas i en atmosfär med låg syrehalt finns inte längre, "säger Benjamin Eickmann, studiens huvudförfattare. Den här tillställningen, som skulle kunna beskrivas som global miljöförorening, gick ner i jordens historia som den stora syrehändelsen. Det var en katastrof för de tidiga bakterietyperna som hade utvecklats under förhållanden med låg syrehalt; syret förgiftade dem. "Dock, efter den första stora uppgången, atmosfären innehöll endast 0,2 procent syre; idag är det runt 21 procent, "Förklarar Eickmann. Utsatt för en atmosfär som innehöll ökande mängder syre, kontinenterna utsattes för ökad erosion. Det ledde till att fler spårämnen kom in i haven. Den förbättrade näringstillförseln ledde i sin tur till fler livsformer i haven.

Svavelsignaturer som ett arkiv över jordens historia

I sin nuvarande studie undersökte forskarna de 2,97 miljarder år gamla sedimenten som deponerats i Pongolabassängen i det som nu är Sydafrika. Från proportionerna av svavelisotoper (särskilt av ³⁴ S/ ³² S -förhållande), i sedimenten, forskarna kan dra slutsatsen att bakterierna använde sulfatet i urhaven som en energikälla, minska det kemiskt.

"Sulfat är en form av oxiderat svavel. En högre koncentration av sulfat i vattnet tyder på att tillräckligt med fritt syre måste ha funnits i det grunda havet i Pongolabassängen, " säger Ronny Schönberg. Detta fria syre måste ha producerats av andra, fotosyntetiserande bakterier. På samma gång, en annan svavelisotopsignatur (den ³³ S/ ³² S-förhållande) i dessa sediment indikerar en fortsatt reducerad, atmosfär med mycket låg syrehalt.

"Det gör Pongola -bassängen till den äldsta syreoasen hittills. Syret byggdes upp i vattnet långt före den stora syresättningshändelsen, Schönberg förklarar. Flera hundra miljoner år senare, de stadigt stigande syrehalterna ledde till oxidationen av atmosfären, och det är det som gjorde livet på jorden – i all dess variation som vi känner det idag – till och med möjligt.