En ny analys av 2,5 miljarder år gamla stenar från Australien upptäcker att vulkanutbrott kan ha stimulerat befolkningssteg av marina mikroorganismer, skapar de första syrgasen i atmosfären. Detta skulle förändra befintliga berättelser om jordens tidiga atmosfär, som antog att de flesta förändringar i den tidiga atmosfären styrdes av geologiska eller kemiska processer.

Även om det är inriktat på jordens tidiga historia, forskningen har också konsekvenser för utomjordiskt liv och till och med klimatförändringar. Studien som leds av University of Washington, University of Michigan och andra institutioner publicerades i augusti i Förfaranden från National Academy of Sciences .

"Det som har börjat bli uppenbart under de senaste decennierna är att det faktiskt finns ganska många kopplingar mellan det fasta, icke -levande jorden och livets utveckling, "sa första författaren Jana Meixnerová, en UW -doktorand i jord- och rymdvetenskap. "Men vad är de specifika förbindelserna som underlättade utvecklingen av livet på jorden som vi känner det?"

Under sina tidigaste dagar, Jorden hade inget syre i sin atmosfär och få, om någon, syre-andning livsformer. Jordens atmosfär blev permanent syrerik för cirka 2,4 miljarder år sedan, sannolikt efter en explosion av livsformer som fotosyntetiserar, omvandla koldioxid och vatten till syre.

Men 2007, medförfattare Ariel Anbar vid Arizona State University analyserade stenar från Mount McRae Shale i västra Australien, rapporterar om en kortsiktig nypa syre cirka 50 till 100 miljoner år innan det blev en permanent fixtur i atmosfären. Nyare forskning har bekräftat andra, tidigare kortsiktiga syretoppar, men har inte förklarat deras uppgång och fall.

I den nya studien, forskare vid University of Michigan, ledd av medförfattare Joel Blum, analyserade samma gamla stenar för koncentrationen och antalet neutroner i elementet kvicksilver, som avges av vulkanutbrott. Stora vulkanutbrott spränger kvicksilvergas i den övre atmosfären, där det i dag cirkulerar i ett eller två år innan det regnar ut på jordens yta. Den nya analysen visar en ökning av kvicksilver några miljoner år före den tillfälliga syrehöjningen.

"Säker nog, i berget nedanför den övergående syreökningen fann vi tecken på kvicksilver, både i dess överflöd och isotoper, som rimligen skulle förklaras av vulkanutbrott i atmosfären, "sa medförfattaren Roger Buick, en UW -professor i jord- och rymdvetenskap.

Där det fanns vulkanutsläpp, författarna resonerar, det måste ha funnits lava och vulkaniska askfält. Och de näringsrika stenarna skulle ha vittrat i vind och regn, släppa ut fosfor i floder som kan befrukta närliggande kustområden, tillåter syreproducerande cyanobakterier och andra encelliga livsformer att blomstra.

"Det finns andra näringsämnen som modulerar biologisk aktivitet på korta tidsperioder, men fosfor är den som är viktigast på långa tider, "Sa Meixnerová.

I dag, fosfor är rikligt i biologiskt material och i jordbruksgödsel. Men i mycket gammal tid, vittring av vulkaniska stenar skulle ha varit huvudkällan för denna knappa resurs.

"Under vittring under arkaisk atmosfär, den färska basaltiska stenen skulle långsamt ha lösts upp, släppa ut det väsentliga makronäringsämnet fosfor i floderna. Det skulle ha matat mikrober som bodde i de grunda kustområdena och utlöst ökad biologisk produktivitet som skulle ha skapat, som en biprodukt, en syretopp, "Sa Meixnerová.

Den exakta platsen för dessa vulkaner och lavafält är okänd, men stora lavafält av ungefär rätt ålder finns i dagens Indien, Kanada och på andra håll, Sa Buick.

"Vår studie tyder på att för dessa övergående syror av syre, den omedelbara utlösaren var en ökning av syreproduktionen, snarare än en minskning av syreförbrukningen av stenar eller andra icke -levande processer, "Sa Buick." Det är viktigt eftersom närvaron av syre i atmosfären är grundläggande - det är den största drivkraften för utvecklingen av stora, komplext liv. "

I sista hand, forskare säger att studien föreslår hur en planets geologi kan påverka allt liv som utvecklas på dess yta, en förståelse som hjälper till att identifiera beboeliga exoplaneter, eller planeter utanför vårt solsystem, på jakt efter liv i universum.