De aarde is niet altijd die aangename plek geweest waar je je longen vol zuurstof zuigt om het lichaam aan de gang te houden. 2,5 miljard jaar geleden gebeurde er iets dat onze planeet van een barre brok steen veranderde in een leefbaar en uiteindelijk groen paradijsje.
Destijds heeft een relatief snelle toename van micro-organismen, die fotosynthese kunnen uitvoeren, ervoor gezorgd dat de atmosfeer rijk aan zuurstof werd. Dit wordt de Great Oxygenation Event (GOE) genoemd, of in het Nederlands ‘de zuurstofcrisis’. Daar moet echter iets aan vooraf zijn gegaan dat dit proces in gang heeft gezet. En onderzoekers denken nu te weten wat dat is: vulkaanuitbarstingen. Die zouden de oxygenatie hebben versneld. Zogenoemde ‘whiffs’ zijn een aanwijzing dat dit zo is gegaan.
Complex leven
Het grootste deel van de lucht die je inademt is stikstof. Slechts 21 procent bestaat uit zuurstof. Ruim voldoende voor ons om lekker te ademen, maar dat was niet altijd zo. Verschillend grote massa-extincties komen overeen met periodes waarin er – om wat voor reden dan ook – veel minder zuurstof in de lucht zat. En tot 3 miljard jaar geleden was er zelfs amper zuurstof in de atmosfeer.
Wetenschappers verwijzen dan altijd naar de eerder genoemde GOE: een explosie van micro-organismen, die gebruik maakten van gunstige omstandigheden en weinig concurrentie hadden. Deze minuscule organismen zetten de CO2-rijke atmosfeer om in een lucht met voldoende zuurstof. Daarna kon complex leven ontstaan.
Fluctuerend zuurstofgehalte
Maar voor deze grote oxygenatie moet er nog iets anders zijn gebeurd waardoor die micro-organismen plots konden floreren. “Activiteit van micro-organismen in de oceaan speelde een centrale rol bij de evolutie van zuurstof in de atmosfeer. We denken echter dat dit niet onmiddellijk heeft geleid tot zuurstofvorming, omdat de hoeveelheid voedingsstoffen zoals fosfaat in de oceaan op dat moment beperkt was. De activiteit van cyanobacteriën, een groep bacteriën die in staat is tot fotosynthese, was daardoor ook beperkt”, legt professor Eiichi Tajika van de University of Tokyo uit. “Er waren waarschijnlijk een aantal enorme geologische gebeurtenissen nodig om de oceanen van voedingsstoffen te voorzien, waaronder de groei van de continenten en, zoals we in ons artikel suggereren, intense vulkanische activiteit, waarvan we weten dat die heeft plaatsgevonden.”
Tajika en zijn team simuleerden in hun modellen belangrijke biologische, geologische en chemische veranderingen die 3 tot 2,5 miljard jaar geleden plaatsvonden. Ze ontdekten dat grootschalige vulkanische activiteit de CO2 in de atmosfeer verhoogde, waardoor het klimaat opwarmde en er meer voedingsstoffen in de oceaan kwamen. Daarmee kon het zeeleven zich voeden, waardoor vervolgens de zuurstof in de atmosfeer tijdelijk toenam. De hoeveelheid zuurstof fluctueerde echter. Er waren regelmatig uitbarstingen die we nu whiffs noemen.
Ingewikkelde modellen
“Snappen waar deze uitbarstingen vandaan komen, is cruciaal om de timing van de opkomst van fotosynthetische micro-organismen te bepalen. Deze uitbarstingen kunnen we afleiden uit de concentraties van elementen die gevoelig zijn voor het zuurstofgehalte in de atmosfeer”, reageert onderzoeker Yasuto Watanabe. “De grootste uitdaging was om een model te ontwikkelen dat het complexe, dynamische gedrag van biochemische cycli miljarden jaren geleden kon simuleren.” Dat is uiteindelijk gelukt, waardoor de wetenschappers konden concluderen dat er vermoedelijk inderdaad vulkaanuitbarstingen ten grondslag lagen aan het ontstaan van een zuurstofrijke planeet.
