Shungite, en unik kolrik sedimentär bergart från Ryssland avsatt för 2 miljarder år sedan, har ledtrådar om syrekoncentrationer på jordens yta vid den tiden. Leds av professor Kurt Konhauser vid University of Alberta och professor Kalle Kirsimäe vid University of Tartu, ett internationellt forskarlag som involverar andra kollegor från Frankrike, Norge, Ryssland, och USA, har hittat påfallande högt molybden, uran, och rheniumkoncentrationer, samt förhöjda uranisotopförhållanden i borrkärnor som dissekerar shungitbergarna. Dessa spårmetaller tros bara vara vanliga i jordens hav och sediment när det finns rikligt med syre runt omkring. Forskarna fann att sådana spårmetallkoncentrationer är oöverträffade i jordens tidiga historia, vilket tyder på förhöjda nivåer av syre vid den tidpunkt då shungiten deponerades.

"Vad som är förbryllande är att de allmänt accepterade modellerna av jordens kol- och syrecykler förutspår att shungit borde ha avsatts vid en tidpunkt av snabb minskning av syrenivåerna, säger Mänd, en Ph.D. kandidat vid University of Alberta och huvudförfattare till studien.

De flesta forskare är överens om att atmosfärens syrenivåer ökade avsevärt för cirka 2,4 miljarder år sedan – känd som Great Oxidation Event (GOE) – och nådde ungefär hälften av moderna nivåer med cirka 2,1 miljarder år. GOE åtföljdes också av en förändring av kolisotopförhållandena i sedimentära bergarter. Till forskare, detta passar historien – de onormala kolisotopförhållandena återspeglar nedgrävningen av enorma mängder plankton som organiskt material i havssediment, vilket i sin tur leder till generering av överskott av syre. Men den rådande uppfattningen är att omedelbart efter denna period av höga koncentrationer, syrenivåerna minskade igen och förblev låga i nästan en miljard år under jordens så kallade "medelålder".

"Färska borrkärnor som vi fick från Lake Onega-området med stöd av University of Tartu och Tallinn University of Technology tillhandahåller några av de bästa bergarkiven för att dechiffrera miljöförhållandena omedelbart efter GOE, säger Kirsimäe, koordinator för geologiskt fältarbete.

"Det vi hittade motsäger den rådande uppfattningen - i huvudsak har vi tydliga bevis för att atmosfärens syrenivåer steg ytterligare efter att kolisotopanomin upphörde, " säger Mänd. "Detta kommer att tvinga jordvetenskapssamfundet att tänka om vad som drev kol- och syrecyklerna på den tidiga jorden."

Dessa nya rön är också avgörande för att förstå utvecklingen av komplext liv. Jordens "medelålder" representerar bakgrunden för uppkomsten av eukaryoter. eukaryoter, föregångarna till allt komplext liv, inklusive djur som vi, kräver generellt höga syrenivåer i sin miljö för att trivas. Detta arbete stärker nu förslaget att lämpliga förutsättningar för utvecklingen av komplext liv på den tidiga jorden existerade under mycket längre tid än man tidigare trott. Som sådan, fynden stöder indirekt tidigare studier där Prof. Konhauser var involverad som visade stora, potentiellt eukaryota spårfossiler så gamla som 2,1 miljarder år.

Trots dessa nya framsteg, fördröjningen mellan den initiala ökningen av syre och uppkomsten och strålningen av eukaryoter, förblir ett område för aktiv forskning. en som University of Tartu och University of Alberta forskare är väl positionerade för att hjälpa till att besvara.