Een internationaal team van geologen ontdekte in Zuid-Afrika de oudst bekende "zuurstofzakken" - een plek waar al 2,97 miljard jaar geleden, 430 miljoen voor de zuurstofrevolutie, de eerste fotosynthetische organismen leefden en zuurstof afgeven.
Er was heel weinig zuurstof in de atmosfeer van de jonge aarde; De huidige 20% van dit gas in de lucht is het resultaat van fotosynthetische planten en bacteriën. Cyanobacteriën, eencellige fotosynthetische organismen, waren de eersten die zuurstof vrijgaven. Aanvankelijk werd de zuurstof die door hen vrijkwam alleen besteed aan de oxidatie van gesteenten, maar ongeveer 2,5 miljard jaar eindigde dit proces en begon zuurstof zich op te hopen in de lucht en op te lossen in de oceaan; deze gebeurtenis wordt de zuurstofrevolutie (of catastrofe) genoemd, aangezien als gevolg van de verrijking van de zuurstofatmosfeer soorten die waren aangepast aan het leven in een reducerende in plaats van oxiderende atmosfeer) stierven.
De sprong in het zuurstofgehalte in de atmosfeer van de oude aarde wordt bepaald door de verdeling van zwavelisotopen in sedimentair gesteente. Zoals een groep geochemisten van Caltech halverwege de jaren negentig ontdekte, veranderde de verdeling van zwavelisotopen drastisch na de zuurstofrevolutie vanwege het verschijnen van een ozonlaag die de aarde beschutte tegen ultraviolette straling van de zon, die de reactiviteit van lichte zwavelisotopen verhoogde en de zogenaamde massa-onafhankelijke distributie creëerde.
Wetenschappers leren over de activiteit van de eerste fotosynthetische organismen vóór de zuurstofrevolutie door de samenstelling van sedimentair gesteente dat zich langzaam ophoopt in de "zuurstofzakken". Dit zijn gebieden in de buurt van grote bacteriematten, waarrond de zuurstofconcentratie dichter bij modern lag dan op de rest van de planeet. Er zijn verschillende van dergelijke "zuurstofzakken" bekend, variërend in leeftijd van 2,5 tot 2,7 miljard jaar; ze werden gevonden op alle continenten behalve Antarctica. Behalve koolstof (uit kooldioxide), waterstof en zuurstof (uit water) hebben ze andere elementen nodig, zoals zwavel en stikstof. Cyanobacteriën verkregen zwavel door het te verminderen uit sulfaten in de bodem. De rotsen waarop cyanobacteriën leefden en verdeeld zijn, zoals de rotsen gevormd na de zuurstofrevolutie, worden gekenmerkt door een massa-onafhankelijke verdeling van zwavelisotopen.
Vorig jaar ontdekte een internationaal team van geologen van de Universiteit van Tübingen in Duitsland een rots in het Pongola Nature Reserve in Zuid-Afrika, de verdeling van zwavelisotopen waarin een hoge zuurstofconcentratie in de atmosfeer al 2,97 miljard jaar geleden, lang voordat de zuurstofrevolutie plaatsvond, aangeeft. Door de verspreiding van zwavelisotopen in de rotsen van de Pongola-formatie is de Pongolische "zuurstofzak" de oudste die tegenwoordig bekend is.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geochemistry.
Ksenia Malysheva