NGV-Geonieuws 171 artikel 1074

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


September 2010, jaargang 12 nr. 6 artikel 1074

Redactie: George Brouwers tot en met artikel 1023 en vanaf 1024 dr.W.M.L.(Willem) Schuurman

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 171! Op de huidige pagina is alleen artikel 1074 te lezen.

<< Vorig artikel: 1073 | Volgend artikel: 1075 >>

1074 Zuurstofrijke atmosfeer ontstond in twee stappen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

Zoín 2,3-2,5 miljard jaar geleden veranderde de aardatmosfeer dramatisch (zie ook Geonieuws 428 en 751): aanvankelijk bestaand uit koolzuurgas, stikstof and waterdamp, met sporen van methaan, ammonia, zwaveldioxide, waterstofsulfide en zoutzuur, werd de atmosfeer plotseling sterk zuurstofhoudend. Dat is althans de bestaande opvatting. Het ziet er nu echter naar uit dat de verandering van zuurstofarm naar zuurstofrijk verliep via een tussenstap.


Zuurstof ontbrak in de primitieve aardatmosfeer,
die bestond uit koolzuurgas, stikstof enaterdamp,
met sporen van methaan, ammonia, zwaveldioxide,
waterstofsulfide en zoutzuur.

De nieuwe opvatting is dat vulkanen zoín vier miljard jaar geleden, toen zich een korst begon te vormen, tal van gassen uitspuwden. Zuurstof ontbrak, maar langzaam vormden zich (vrijwel zuurstofloze) oceanen door het condenseren van waterdamp (en misschien ook vanwege smeltend ijs van ingevangen kometen). De oceanen bevatten onder meer veel ijzer, dat daarin terechtkwam door onderzeese hete bronnen en vulkanen. In de ondiepe oceanen kwamen cyanobacteriŽn tot leven; ze hebben geen zuurstof nodig, maar ze kunnen hun energie ontlenen aan fotosynthese en via een op stikstof berustend chemisch proces. De cyanobacteriŽn produceerden zuurstof, dat langzaam in de ondiepe zeeŽn en in de atmosfeer doordrong. Ongeveer 2,3-2,5 miljard jaar geleden veranderde het zuurstofgehalte plotseling; men spreekt daarom wel van de Grote Oxidatie-gebeurtenis. De oxidatie van de atmosfeer (waarin zich nog geen organismen bevonden) en de zeeŽn leidde tot het verdwijnen uit zee van een groot deel van de organismen die daar leefden onder zuurstofarme of zuurstofloze omstandigheden; sommigen vonden een toevlucht in de diepe oceanen. De oxidatie van de oceanen leidde ook tot het ontstaan van organismen die hun energie juist verkregen via omzetting van zuurstof in kooldioxide.


De zogeheten Ďbanded iron formationsí bestaan uit
afwisselende laagjes van ijzeroxiden (grijs) en
ijzerrijk jaspis (rood).

Ongeveer tegelijkertijd ontstonden in veel oceanen de zogeheten Ďbanded iron formationsí, dikke pakketten die bestaan uit afwisselende laagjes van jaspis en ijzeroxiden. Dat duurde van ongeveer 3 tot ca. 1,8 miljard jaar geleden; later zouden zulke gesteenten nooit meer worden gevormd. De vorming van deze gesteenten wordt verklaard doordat het ijzer zich verbond met de in de oceaan vrijkomende zuurstof. Het zou vanaf het einde van die periode nog zoín twee miljard jaar duren voordat in zee meercellig leven ontstond., oorspronkelijk in de vorm van de nog steeds mysterieuze Ediacara-fauna (zie o.a. Geonieuws 369, 495, 591, 968 en 1007), hoewel er recent ook oudere Ďgewoneí meercellige dieren zijn gevonden (zie Geonieuws 1063). Dat optreden zou samenhangen met de inmiddels hoog genoeg geworden concentratie van zuurstof in zee om meercellig leven toe te staan.

De bovenstaande verklaringen laten echter nog veel vragen onbeantwoord: waarom nam het zuurstofgehalte in de atmosfeer en oceaan zoín 2,5 miljard jaar geleden zo plotseling toe? En hoeveel zuurstof was er toen inmiddels vrijgekomen? En waarom bestaan de dikke banded iron formaties uit zulke dunne, steeds afwisselende laagjes? En waarom duurde het toen nog zolang voordat meercellig leven ontstond? Op die vragen lijken geochemische gegevens - hoe schaars ook nog - antwoord te kunnen geven: het ijzer zou niet door zuurstof maar door zwavel uit het oceaanwater zijn verwijderd. De door cyanobacteriŽn geproduceerde zuurstof zou de verwering van de continentale gesteenten sterk hebben doen toenemen. Daardoor kwam er, via rivieren, in korte tijd veel zwavel in de vorm van sulfaten in de oceanen terecht. Zwavelreducerende bacteriŽn zetten die sulfaten weer om in zwavel, dat zich voor een deel met ijzer verbond (pyriet) en neersloeg, maar er bleven nog veel sulfiden achter omdat er onvoldoende zuurstof voor oxidatie aanwezig was.

In een tweede, veel later stadium, was het zuurstofgehalte voldoende hoog opgelopen om de giftige sulfiden in de oceanen om te zetten in minder schadelijke sulfaten. Toen pas konden zich de meercelligen gaan ontwikkelen. Dat gebeurde overigens niet overal tegelijk: de zwavelverbindingen afkomstig van het continent concentreerden zich aanvankelijk in een smalle zone, en ook in verticale richting bleef het zeewater lange tijd verschillende samenstellingen behouden.

Deze nieuwe verklaring beantwoordt inderdaad enkele vragen die nog onbeantwoord waren, maar werpt op zijn beurt ook weer vragen op, bijv. met betrekking tot de vorming van de banded iron formations. We zullen er dus nog wel meer over gaan horen.


De oceanen bestonden in het begin uit gebieden met sterk
verschillende chemische karakteristieken.

.

Referenties:
  • Fike, D., 2010. Earthís redox revolution. Nature Geoscience 3, 453-454.

Fotoís: Universiteit van Washington, St. Louis (Verenigde Staten van Amerika).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl