Neue Studie enthüllt, wie die Ozeane vor 2,3 Milliarden Jahren oxygeniert wurden

BerlinVor etwa 2,5 Milliarden Jahren begann sich freier Sauerstoff in der Erdatmosphäre anzusammeln. Dies führte zur Entwicklung komplexen Lebens auf unserem Planeten, eine bedeutende Veränderung, die als Große Sauerstoffkatastrophe (GOE) bekannt ist.

Der Anstieg des Sauerstoffs dauerte mindestens 200 Millionen Jahre und war alles andere als einfach. Es war schwierig, den Sauerstoffgehalt in den Ozeanen zu messen. Neue Forschungsergebnisse von Chadlin Ostrander, einem Geochemiker von der University of Utah, liefern hierzu neue Erkenntnisse.

Wichtige Erkenntnisse der Studie:

• Der anfängliche Anstieg des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre war dynamisch.
• Die Sauerstoffwerte in den Ozeanen schwankten mit den atmosphärischen Veränderungen.
• Die Studie verwendete stabile Thallium (Tl) Isotopenverhältnisse und redox-sensitive Elemente.

Ein Forschungsteam untersuchte marine Schiefer des Transvaal-Supergroup in Südafrika. Diese Schiefer lieferten ihnen Informationen über den Sauerstoffgehalt der Ozeane in der Vergangenheit. Durch die Analyse von Thallium-Isotopenverhältnissen fanden sie Beweise für Veränderungen im Sauerstoffgehalt der Ozeane.

Forschungen von Simon Poulton und Andrey Bekker, die mit Ostrander zusammenarbeiteten, zeigen, dass Sauerstoff erst 200 Millionen Jahre nach Beginn des Großen Oxidationsereignisses (GOE) zu einem dauerhaften Bestandteil der Atmosphäre wurde. Beweise aus Schwefelisotopen in alten Gesteinen vor dem GOE deuten darauf hin, dass die Atmosphäre keinen Sauerstoff enthielt.

Lange Zeit in der Geschichte der Erde hatten die Atmosphäre und die Ozeane nur sehr wenig Sauerstoff. Cyanobakterien im Ozean produzierten zwar Sauerstoff, dieser wurde jedoch schnell durch Reaktionen mit Mineralien und vulkanischen Gasen wieder zerstört. Das Forschungsteam von Poulton und Bekker entdeckte, dass Schwefelisotopenmuster verschwanden und wieder auftauchten, was auf mehrfache Anstiege und Rückgänge des atmosphärischen Sauerstoffgehalts hinweist.

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Ostrander erklärte, dass die Erde Zeit brauchte, um sich auf Sauerstoff vorzubereiten. Er erwähnte, dass während Sauerstoff produziert wurde, er gleichzeitig auch zerstört wurde. Wissenschaftler versuchen immer noch herauszufinden, wann die Erde den Punkt erreichte, an dem es unumkehrbar war, wieder ohne Sauerstoff auszukommen.

Die Forscher nutzten Thallium-Isotope, um die Sauerstoffgehalte im Ozean während des Großen Oxidationsereignisses (GOE) zu messen. Die Verhältnisse der Thallium-Isotope ändern sich mit der Einlagerung von Manganoxid auf dem Meeresboden, welches Sauerstoff benötigt. Sie entdeckten höhere Mengen des leichteren Thallium-Isotops (203Tl) in denselben marinen Schiefern, die auch zur Messung des atmosphärischen Sauerstoffs mit Schwefelisotopen verwendet werden.

Die Thallium-Isotopenwerte in den Schiefern stiegen an, als die Schwefelisotope zeigten, dass Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden war. Diese Thallium-Anstiege entsprachen dem Vorhandensein von Sauerstoff im Meerwasser. Die Thalliumwerte kehrten auf Normalniveau zurück, als die Schwefelisotope darauf hinwiesen, dass die Atmosphäre wieder ohne Sauerstoff war.

Die Ergebnisse wurden durch Veränderungen bei redoxsensitiven Elementen gestützt. Wenn Schwefelisotope zeigten, dass es Sauerstoff in der Atmosphäre gab, wiesen Thalliumisotope ebenfalls auf Sauerstoff im Ozean hin. Zeigten Schwefelisotope einen Mangel an Sauerstoff in der Atmosphäre, zeigte sich dieser Mangel auch in den Thalliumisotopen im Ozean.

Ostrander erklärte, dass Atmosphäre und Ozean gleichzeitig Sauerstoff gewinnen und verlieren. Diese neue Information ist für Wissenschaftler, die das urzeitliche Erdentum erforschen, von großem Interesse.