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Als zwei Rover den Mars nach Anzeichen von Wasser und den Vorläufern des Lebens absuchen, haben Geochemiker Beweise dafür gefunden, dass sich die alten Ozeane der Erde stark von den heutigen unterschieden. Die in der dieswöchigen Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlichte Studie zitiert neue Daten, die zeigen, dass die lebensspendenden Ozeane der Erde weniger Sauerstoff enthielten als heute und möglicherweise eine Milliarde Jahre länger nahezu sauerstofffrei waren als bisher angenommen. Diese Ergebnisse könnten erklären, warum sich das komplexe Leben Milliarden von Jahren nach seiner Entstehung kaum entwickelt hat.
Die von der National Science Foundation (NSF) finanzierten und der University of Rochester angeschlossenen Wissenschaftler haben eine neue Methode entwickelt, die zeigt, wie sich der Sauerstoff im Ozean global verändert haben könnte. Die meisten Geologen sind sich einig, dass bis vor etwa 2 Milliarden Jahren praktisch kein Sauerstoff in den Ozeanen gelöst war und dass sie während des größten Teils der letzten halben Milliarde Jahre sauerstoffreich waren. Aber es gab immer ein Rätsel um die Zeit dazwischen.
Geochemiker entwickelten Methoden, um Anzeichen von altem Sauerstoff in bestimmten Gebieten zu erkennen, jedoch nicht in den Ozeanen der Erde insgesamt. Die Methode des Teams kann jedoch extrapoliert werden, um die Natur aller Ozeane auf der ganzen Welt zu erfassen.
"Dies ist der beste direkte Beweis dafür, dass die Weltmeere in dieser Zeit weniger Sauerstoff hatten", sagt Gail Arnold, Doktorandin der Geo- und Umweltwissenschaften an der Universität von Rochester und Hauptautorin des Forschungspapiers.
Enriqueta Barrera, Programmdirektorin in der Abteilung für Geowissenschaften von NSF, fügt hinzu: „Diese Studie basiert auf einem neuen Ansatz, der Anwendung von Molybdänisotopen, mit dem Wissenschaftler globale Störungen in Meeresumgebungen feststellen können. Diese Isotope öffnen eine neue Tür für die Erforschung der Bedingungen des anoxischen Ozeans zuweilen in der gesamten geologischen Aufzeichnung. “
Arnold untersuchte Gesteine aus Nordaustralien, die sich vor über einer Milliarde Jahren auf dem Meeresboden befanden, mit der neuen Methode, die sie und ihre Mitautoren Jane Barling und Ariel Anbar entwickelt hatten. Frühere Forscher hatten mehrere Meter in das Gestein gebohrt und seine chemische Zusammensetzung getestet, um zu bestätigen, dass die ursprünglichen Informationen über die Ozeane sicher aufbewahrt wurden. Die Teammitglieder brachten diese Gesteine zurück in ihre Labore, wo sie die neu entwickelte Technologie - ein induktiv gekoppeltes Plasma-Massenspektrometer mit mehreren Sammlern - verwendeten, um die Molybdänisotope in den Gesteinen zu untersuchen.
Das Element Molybdän gelangt durch Flussabflüsse in die Ozeane, löst sich im Meerwasser auf und kann hunderttausende Jahre lang aufgelöst bleiben. Wenn Molybdän so lange in Lösung bleibt, mischt es sich gut in den Ozeanen und ist somit ein hervorragender globaler Indikator. Es wird dann aus den Ozeanen in zwei Arten von Sedimenten auf dem Meeresboden entfernt: jene, die unter Wasser liegen, sauerstoffreich und jene, die sauerstoffarm sind.
In Zusammenarbeit mit dem Co-Autor Timothy Lyons von der University of Missouri untersuchte das Rochester-Team Proben vom modernen Meeresboden, einschließlich der seltenen Orte, die heute sauerstoffarm sind. Sie erfuhren, dass das chemische Verhalten der Molybdänisotope in Sedimenten je nach Sauerstoffmenge in den darüber liegenden Gewässern unterschiedlich ist. Infolgedessen hängt die Chemie der Molybdänisotope in den Weltmeeren davon ab, wie viel Meerwasser sauerstoffarm ist. Sie fanden auch heraus, dass das Molybdän in bestimmten Gesteinsarten diese Informationen über alte Ozeane aufzeichnet. Im Vergleich zu modernen Proben deuten Messungen der Molybdänchemie in den Gesteinen Australiens auf Ozeane mit viel weniger Sauerstoff hin.
Wie viel weniger Sauerstoff ist die Frage. Eine Welt voller anoxischer Ozeane könnte schwerwiegende Folgen für die Evolution haben. Eukaryoten, die Art von Zellen, aus denen alle Organismen außer Bakterien bestehen, erscheinen bereits vor 2,7 Milliarden Jahren in der geologischen Aufzeichnung. Aber Eukaryoten mit vielen Zellen - den Vorfahren von Pflanzen und Tieren - tauchten erst vor einer halben Milliarde Jahren auf, als die Ozeane sauerstoffreich wurden. Mit dem Paläontologen Andrew Knoll von der Harvard University hat Anbar zuvor die Hypothese aufgestellt, dass eine längere Periode anoxischer Ozeane der Schlüssel dafür sein könnte, warum die komplexeren Eukaryoten kaum ihren Lebensunterhalt verdienten, während ihre produktiven bakteriellen Cousins gedieh. Arnolds Studie ist ein wichtiger Schritt, um diese Hypothese zu testen.
"Es ist bemerkenswert, dass wir so wenig über die Geschichte der Ozeane unseres eigenen Planeten wissen", sagt Anbar. "Ob es in den Ozeanen Sauerstoff gab oder nicht, ist eine einfache chemische Frage, von der Sie denken, dass sie leicht zu beantworten ist. Es zeigt, wie schwierig es ist, Informationen aus der Rock-Platte herauszuholen und wie viel mehr wir über unsere Herkunft erfahren können. “
Der nächste Schritt besteht darin, herauszufinden, wie viel weniger Sauerstoff in den Ozeanen in der Antike vorhanden war. Die Wissenschaftler planen, das Studium der Molybdänchemie fortzusetzen, um diese Frage zu beantworten, und dies weiterhin mit Unterstützung von NSF und NASA, den Agenturen, die die ersten Arbeiten unterstützt haben. Die Informationen werden nicht nur Licht in unsere eigene Entwicklung bringen, sondern können uns auch helfen, die Bedingungen zu verstehen, nach denen wir suchen sollten, wenn wir nach Leben jenseits der Erde suchen.
Originalquelle: NSF-Pressemitteilung
