De interessante studie werpt niet alleen licht op de geschiedenis van de aarde, maar ook op hoe andere zuurstofrijke planeten kunnen ontstaan.

Toen de aarde net was gevormd, herbergde het noch in de atmosfeer, noch in de oceanen zuurstof. Daar kwam echter 2,4 miljard jaar geleden plotseling verandering in tijdens de eerste zogenoemde ‘zuurstofrevolutie’. De reden voor de toename van zuurstof op aarde is voortdurend onderwerp van discussie geweest. Maar nu komen onderzoekers met een interessante nieuwe theorie, die het ook nog eens aannemelijk maakt dat zuurstofrijke werelden elders in het heelal bestaan.

Zuurstofrevoluties
In totaal heeft de aarde drie zuurstofrevoluties doorgemaakt. De eerste vond zoals gezegd een slordige 2,4 miljard geleden plaats, tijdens het geologische tijdperk Paleoproterozoïcum. Bacteriën die in ondiepere wateren leefden gingen – middels fotosynthese – meer en meer zuurstof produceren. Hierdoor nam de zuurstofconcentratie in de atmosfeer geleidelijk aan toe. De daaropvolgende zuurstofrevolutie gebeurde tijdens het Neoproterozoïsche tijdperk ongeveer 800 miljoen jaar geleden. En de laatste was in het Paleozoïcum, ongeveer 450 miljoen jaar geleden. De atmosferische zuurstofconcentratie steeg tijdens die laatste gebeurtenis naar het huidige niveau. Dit zorgde voor de evolutie van grote dieren met hoge energiebehoeften, zoals dinosaurussen en zoogdieren.


Heersende theorieën
Momenteel suggereren de twee heersende theorieën dat de drijvende kracht achter deze zuurstofrevoluties óf te maken had met biologische revoluties – de evolutie van steeds complexere levensvormen hielpen de zuurstofconcentraties naar hogere niveaus te tillen – óf tektonische revoluties – waarbij de zuurstofconcentratie steeg door vulkanisme of veranderingen van de samenstelling van de korst. Maar de nieuwe studie veegt beide theorieën van tafel. In plaats daarvan belicht het onderzoek wisselwerkingen tussen de wereldwijde fosfor-, koolstof-, en zuurstofcycli. Deze zouden namelijk snelle verschuivingen in de oceaan- en atmosferische zuurstofniveaus aan kunnen sturen zonder dat een verandering in de biologie of tektoniek nodig is.

Zuurstofrevoluties kunnen worden aangedreven door een reactie van de mariene fosforcycli op veranderende zuurstofconcentraties. Afbeelding: G.Mannaerts

Spontaan
De onderzoekers ontwikkelden een biogeochemisch model en ontdekten dat de drie zuurstofrevoluties helemaal uit zichzelf voort hadden kunnen komen. De bevindingen suggereren dat het simpelweg een kwestie van tijd was voordat zuurstof het noodzakelijke niveau voor de ontwikkeling van complex leven zou hebben bereikt. “Dit was eigenlijk onvermijdelijk nadat de microben die zuurstof produceren zich hadden ontwikkeld,” betoogt onderzoeker Simon Poulton. “Dit onderzoek test echt ons begrip van hoe de aarde zuurstofrijk werd en zodoende intelligent leven kon ondersteunen,” vult onderzoeksleider Lewis Alcott aan.

Andere zuurstofrijke planeten
En dit heeft ongelofelijk interessante implicaties. Want de nieuwe theorie vergroot de mogelijkheid dat zuurstofrijke werelden ook elders in het heelal voorkomen. “Op basis van dit werk lijkt het erop dat zuurstofrijke planeten veel vaker voor kunnen komen dan eerder gedacht,” concludeert Alcott. “We hebben per slot van rekening aangetoond dat er geen biologische ontwikkelingen of toevallige veranderingen van de tektoniek nodig zijn.”


Al met al toont het model dus aan dat een geleidelijke toename van de hoeveelheid zuurstof in de loop van de tijd resulteert in verschillende zuurstofrevoluties. “Ons werk toont aan dat de relatie tussen de wereldwijde fosfor-, koolstof- en zuurstofcycli van fundamenteel belang is voor het begrijpen van de zuurstofgeschiedenis van de aarde,” zegt onderzoeker Benjamin Mills. “Dit kan ons helpen beter te begrijpen hoe ook een andere planeet bewoonbaar kan worden.”