Syre är avgörande för utvecklingen av högre liv. Dock, den fanns knappast i den unga jordens hav. Det var inte förrän utvecklingen av fotosyntetiska bakterier som haven såg en betydande ökning av syrenivåerna. Genom att mäta volframisotopsammansättning, ett internationellt forskarlag med deltagande av forskare från Kölns universitets institut för geologi och mineralogi har nu lagt grunden för en mer exakt bestämning av utvecklingen av syrehalterna i de tidiga haven över tid. Prospektivt, de förväntar sig mer exakta insikter om livets utveckling.

I samarbete med forskare från ETH Zürich, universiteten i Bern och Tübingen, och Leibniz-institutet för Östersjöforskning Warnemünde (IOW), geologer ledda av Dr Florian Kurzweil vid universitetet i Köln analyserade det kemiska grundämnet volfram, som skulle kunna fungera som ett indikatorelement för syre, i dagens havsvatten. Resultaten har publicerats i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) under titeln "Redox-kontroll på volframisotopsammansättningen av havsvatten."

Volfram finns endast i mycket små mängder i haven, vilket gör det svårt att exakt bestämma dess koncentration. Det är ännu svårare att fastställa förekomsten av individuella volframisotoper i havsvatten. Isotoper av ett grundämne har samma antal protoner, men olika antal neutroner. Därav, det finns tunga volframisotoper med många neutroner och lättare volframisotoper med färre neutroner. De analytiska metoder som utvecklats vid universitetet i Köln möjliggör den mest exakta mätningen av relativa volframisotopförekomster som för närvarande finns tillgängliga över hela världen.

I en bassäng mer än 400 meter djup i Östersjön, forskargruppen tog olika vattenprover, både i det syrerika ytvattnet och i det syrefattiga djupvattnet. Oxidmineraler bildas längs gränsen mellan båda vattenlagren, binder företrädesvis den lätta volframen. Det volfram som blir kvar i havsvattnet blir därmed relativt tyngre. Syre krävs för att bilda oxidmineraler, så syrekoncentrationen i haven korrelerar i slutändan med havsvattnets volframisotopsammansättning.

"Ökande syrekoncentrationer i haven på den tidiga jorden borde ha lett till ökad bildning av oxidmineralerna, och därmed till isotopiskt tyngre marint volfram, " sa chefen för forskningsexpeditionen Dr Florian Kurzweil. Forskarna vill nu visa att denna utveckling har bevarats i marina sediment. Sammansättningen av volframisotoper av de äldsta sedimenten på jorden kan sedan spåra utvecklingen av marina syrenivåer över jordens historia som ett genetiskt fingeravtryck.