Jordens syrenivåer steg och sjönk mer än en gång hundratals miljoner år innan den stora framgången med den stora oxidationshändelsen för omkring 2,4 miljarder år sedan, ny forskning från University of Washington visar.

Beviset kommer från en ny studie som indikerar en andra och mycket tidigare "sug" av syre i jordens avlägsna förflutna - i atmosfären och på ytan av en stor havsträcka - som visar att syresättningen av jorden var en komplex process av upprepade försök och misslyckanden under en lång tid.

Fyndet kan också ha implikationer i sökandet efter liv bortom jorden. Kommande år kommer att ge kraftfulla nya mark- och rymdbaserade teleskop som kan analysera atmosfären på avlägsna planeter. Detta arbete kan hjälpa till att hålla astronomer från att onödigt utesluta "falska negativa, " eller bebodda planeter som kanske inte till en början verkar vara det på grund av oupptäckbara syrenivåer.

"Produktionen och förstörelsen av syre i havet och atmosfären över tiden var ett krig utan bevis på en klar vinnare, tills den stora oxidationshändelsen, " sa Matt Koehler, en UW doktorand i geo- och rymdvetenskap och huvudförfattare till en ny uppsats publicerad veckan den 9 juli i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Dessa övergående syresättningshändelser var strider i kriget, när balansen tippade mer till förmån för syresättning."

Under 2007, medförfattare Roger Buick, UW professor i jord- och rymdvetenskap, var en del av ett internationellt team av forskare som hittade bevis på en episod – en "doft" – av syre cirka 50 miljoner till 100 miljoner år före den stora oxidationshändelsen. Detta lärde de sig genom att borra djupt i sedimentärt berg i Mount McRae Shale i västra Australien och analysera proverna för spårmetallerna molybden och rhenium, ackumulering av vilka är beroende av syre i miljön.

Nu, ett team ledd av Koehler har bekräftat ett andra sådant utseende av syre i jordens förflutna, denna gång ungefär 150 miljoner år tidigare – eller för ungefär 2,66 miljarder år sedan – och varade i mindre än 50 miljoner år. För detta arbete använde de två olika proxyservrar för syre - kväveisotoper och grundämnet selen - ämnen som, var och en på sitt sätt, berättar också om närvaron av syre.

"Vad vi har i denna tidning är en annan upptäckt, med hög upplösning, av ett övergående syre av syre, "sade Koehler." Kväveisotoper berättar en historia om syresättning av ytan, och denna syresättning sträcker sig över hundratals kilometer över en havsbassäng och varar någonstans mindre än 50 miljoner år."

Teamet analyserade borrprover som Buick tog 2012 på en annan plats i den nordvästra delen av västra Australien kallad Jeerinah Formation.

Forskarna borrade två kärnor cirka 300 kilometer ifrån varandra men genom samma sedimentära bergarter - en kärna tar prov på sediment avsatta i grundare vatten, och de andra proverna sediment från djupare vatten. Att analysera successiva lager i klippåren visar, Buick sa, en "stegvis" förändring av kväveisotoper "och sedan tillbaka till noll. Detta kan bara tolkas som att det finns syre i miljön. Det är riktigt coolt - och det är plötsligt."

Kväveisotoperna avslöjar aktiviteten hos vissa marina mikroorganismer som använder syre för att bilda nitrat, och andra mikroorganismer som använder detta nitrat för energi. Data som samlats in från kväveisotoper tar prov på havets yta, medan selen antyder syre i luften på den antika jorden. Koehler sa att djuphavet sannolikt var anoxiskt, eller utan syre, just då.

Teamet hittade bara rikligt med selen i det grunda hålet, vilket betyder att det kom från det närliggande landet, inte göra det till djupare vatten. Selen finns i svavelmineraler på land; högre syre i atmosfären skulle få mer selen att läcka ut från landet genom oxidativ vittring - "rostning av stenar, Sa Buick och transporterades till sjöss.

"Det selen ackumuleras sedan i havssediment, " Sa Koehler. "Så när vi mäter en topp i selenmängder i havssediment, det kan innebära att det skedde en tillfällig ökning av atmosfäriskt syre. "

Fyndet, Buick och Koehler sa:har också relevans för att upptäcka liv på exoplaneter, eller de bortom solsystemet.

"En av de starkaste atmosfäriska biosignaturerna tros vara syre, men denna studie bekräftar att under en planets övergång till att bli permanent syresatt, dess ytmiljöer kan vara oxiska i intervaller på bara några miljoner år och sedan glida tillbaka till anoxi, " sa Buick.

"Så, om du misslyckas med att upptäcka syre i en planets atmosfär, det betyder inte att planeten är obebodd eller ens att den saknar fotosyntetiskt liv. Bara att det inte har byggt upp tillräckligt med syrekällor för att överväldiga "sänkorna" längre än ett kort intervall.

"Med andra ord, syrebrist kan lätt vara ett "falskt negativt" för livet."

Koehler tillade:"Du kan titta på en planet och inte se något syre - men det kan krylla av mikrobiellt liv."