NGV-Geonieuws 131 artikel 753

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 December 2006, jaargang 8 nr. 24 artikel 753

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 131! Op de huidige pagina is alleen artikel 753 te lezen.

<< Vorig artikel: 752 | Volgend artikel: 754 >>

753 Ultraviolette straling i.s.m. ijstijd maakte zuurstofatmosfeer mogelijk
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

Zoín 2,3-2,4 miljard jaar geleden werd de aardatmosfeer op grote schaal plotseling zuurstofrijk. De plotselinge toename van de zuurstof wordt toegeschreven aan een veranderend milieu, waardoor plotseling grote hoeveelheden cyanobacteriŽn konden ontstaan. Bij hun stofwisseling produceren die zuurstof en suikers. Het is echter nooit duidelijk geweest hoe deze omslag mogelijk was, want de geproduceerde grote hoeveelheden zuurstof zouden in feite de cyanobacteriŽn zelf hebben moeten vergiftigen. Bij de productie van zuurstof komt namelijk een zogeheten hydroxyl-radicaal vrij (OH-). Dit ion zou het DNA van de cyanobacteriŽn onherstelbaar hebben moeten beschadigen. Dat zou alleen voorkomen kunnen zijn als de cyanobacteriŽn tijdig beschermende enzymen hadden ontwikkeld. Maar waarom zouden ze dat hebben gedaan op een tijdstip dat ze dat nog niet nodig hadden?


Keileem uit de Makganyene-IJstijd in Zuid-Afrika (foto Caltech)

Het antwoord op deze lastige vraag lijkt nu te zijn gevonden. Onderzoekers van Caltech hebben namelijk ontdekt dat ultraviolet licht dat over het oppervlak van een ijsmassa strijkt, kan leiden tot de vorming van bevroren oxidanten en het uiteindelijk vrijkomen van moleculaire zuurstof in de atmosfeer en de oceaan. Deze 'injectie' in het zeewater van geringe hoeveelheden stoffen die voor cyanobacteriŽn bij grotere concentraties giftig zijn, zou de primitieve organismen er toe kunnen hebben aangezet om de nodige beschermende enzymen te ontwikkelen.

De moeilijk lijkende verklaring is in essentie simpel. Wanneer UV-straling in aanraking komt met waterdamp, ontstaat waterstofperoxide (H2O2). Dat moet tijdens een van de grote ijstijden uit het Precambrium (toen de aarde mogelijk geheel met ijs was bedekt: Sneeuwbal Aarde) door het ontbreken van een zuurstofrijke atmosfeer (en daardoor de afwezigheid van een UV-filterende ozonlaag) op grote schaal hebben plaatsgevonden. Bij normale temperaturen reageren de zuurstofatomen - die gemakkelijk door waterstofperoxide worden gevormd - snel met elkaar; ze vormen dan moleculaire zuurstof. Bij -1 įC bevriest waterstofperoxide echter tot een vaste stof. Daardoor kan waterstofperoxide dat in het ijs zelf ontstond door binnendringende UV-straling, daarin opgesloten blijven zitten. Dat gebeurt nu soms ook op Antarctica, wanneer het ozongat groot is.


De Hotazel-mijn in de mangaanafzettingen van de Kalahari


Wanneer bij afsmelten ijsmassaís met daarin waterstofperoxide in de oceaan gleden, zou in het zeewater (met een temperatuur net boven het vriespunt) het opgenomen waterstofperoxide ontdooien en vrijkomen. Door de dan optredende reacties moeten water en zuurstof zijn gevormd op diepten die te groot waren om daar levende organismen door UV-straling te doden. De lage concentraties zuurstof konden dat evenmin. Zo kregen die organismen de tijd om langzaam beschermende enzymen te ontwikkelen. Toen de cyanobacteriŽn eenmaal daarover beschikten, was de weg vrijgemaakt voor fotosynthese en, vervolgens, voor de ontwikkeling van cellen die zuurstof konden ademen.

Dit alles zou zoín 2,3 miljard jaar geleden moeten hebben plaatsgevonden tijdens de zogeheten Makganyene IJstijd. Dat is inderdaad het moment waarop cyanobacteriŽn overgingen tot de 'productie' van zuurstof. Gedurende de ijstijd zou bijna evenveel zuurstof in de vorm van waterstofperoxide kunnen zijn vastgelegd als er nu in de aardatmosfeer aanwezig is. Die hoeveelheid zuurstof zou ook meer dan genoeg zijn om onder meer de uitgestrekte mangaanafzettingen in de Kalahari-woestijn (Zuid-Afrika) vast te leggen. Die afzettingen (met 80% van de wereldreserve aan mangaan) liggen direct op gesteenten waarin de laatste geologische sporen van de Makganyene IJstijd voorkomen.

Referenties:
  • Liang, M.-C., Hartman, H., Kopp, R.E., Kirschvink, J.L. & Yung, Y.L., 2006. Production of hydrogen peroxide in the atmosphere of a Snowball Earth and the origin of oxygenic photosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103 (50), 5 pp.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl