Den tidiga jorden var varm, gasformig, dammig och dynamisk planet med en atmosfär och ett hav. Sedan svalnade dess yta och stabiliserades tillräckligt för moln, landmassor och tidiga liv som bildades för cirka fyra miljarder år sedan, under det som kallas isotopåldern för stenar, eller den arkeiska perioden. Atmosfäriska kemiska biprodukter från den tiden reste genom luften och avsattes inuti planetens äldsta sten, registrerar livets tidigaste aktiviteter som fotosyntes och syreproduktion.

Svavelisotoper kan fungera som spårämnen av atmosfäriskt syre, och nya data som samlats in från dagens atmosfär i Kina av ett internationellt team av forskare, leds av University of California San Diego, indikerar anmärkningsvärd likhet med det isotopiska fotavtrycket som finns i gamla bergarter. Detta öppnar för nya tolkningar av den arkeiska periodens svavelisotops sedimentära signatur - en proxy för ursprunget och utvecklingen av atmosfäriskt syre och tidiga liv på jorden.

Studien ledd av Mark Thiemens, framstående professor i kemi och biokemi; Mang Lin, en färsk doktorsexamen. examen från UC San Diego och Yanan Shen, professor vid University of Science and Technology i Kina, publiceras i det aktuella numret av Proceedings of the National Academy of Sciences . Deras forskning involverade att ta aktuella sulfataerosolmätningar av fem svavelisotoper från prover av atmosfäriska aerosoler insamlade vid Mount Wuyi, en avlägsen plats i Kina, och Guangzhou, en megastad. Isotopmätningarna, utförd vid UC San Diego och University of Science and Technology i Kina löste de kemiska mekanismerna och transporten av atmosfäriska aerosoler på en ny vetenskaplig nivå.

"Genom att använda de stabila och radioaktiva isotoper, vi kunde nollställa nya källor till isotopeffekten idag och bättre definiera den tidiga atmosfären och livets utveckling, " sa Thiemens.

Thiemens förklarade att i den arkeiska atmosfären var syre- och ozonnivåerna tillräckligt låga för att ultraviolett (UV) ljus penetrerade jordens yta och dissocierade svaveldioxid, kriminaltekniskt producerar ett specifikt isotopmönster. Studien avslöjar att stabila svavelisotopsammansättningar är anomala och efterliknar mätningar av gamla svavelisotoper.

Dessutom, Thiemens förklarade att fotoförstörelsen av svaveldioxid av UV-ljus i den tidiga jordens atmosfär ger ett mått på syrenivåerna. Han sa att nivåerna av syre och ozon på den tidiga jorden var tillräckligt låga så att UV-ljus nådde jordens yta, dissocierar svaveldioxiden och producerar anomalierna.

Mätning av svavelavvikelser i de äldsta stenarna som ett mått på syrenivåer upptäcktes vid Thiemens Research Group-laboratoriet vid UC San Diego med James Farquhar och Huiming Bao. Metoden används i stor utsträckning för att spåra syrenivåer för cirka 2,2 miljarder år sedan, när syre- och ozonnivåerna steg till sådana nivåer att UV-ljus filtrerades bort och anomin försvann från bergrekordet.

"En överraskning från Mang Lins mätningar var att med kombinerat stratosfäriskt spår Svavel-35 (en radioaktiv svavelisotop), och en annan stabil isotop av stabilt svavel, det finns inget samband, ", sa Thiemens. "Det visades genom korrelation med kända förbränningsprodukter att processerna för förbränning av biomassa och förbränning producerar denna specifika isotopanomali, som inte var känt tidigare, ger ny tolkning av tidig jordkemi och antyder att det finns andra processer som inträffar i den tidiga jorden, såsom vulkaner, som kan producera anomalierna tillsammans med UV-ljusfotolys."

Enligt Thiemens, den här studien ger "ännu en pil i pilen" för att analysera processer som inträffar i den tidiga jorden och definiera både livets ursprung och förändring.