Zuurstof: de bron van (bijna) alle leven op aarde. Onzichtbaar voor ons, maar o zo belangrijk. De concentratie van 21% zuurstof die we nu in de atmosfeer hebben, was lang niet altijd aanwezig in de aardse geschiedenis. Sterker nog, in sommige perioden was er nauwelijks zuurstof beschikbaar en was het ook een stuk moeilijker voor organismen om te overleven.

De hoeveelheid zuurstof door de tijd werd voorheen voornamelijk afgeleid uit de grootte van organismen op aarde en van modellen. Maar nu hebben onderzoekers een onafhankelijke methode te pakken: ééntje waarbij het element molybdeen een grote rol speelt. De resultaten verschenen onlangs in het vakblad PNAS en nu ook in Science. Hiermee lijkt het mysterie opgelost waarom leven ineens zo groot werd rond 550 en 400 miljoen jaar geleden.

Kristallijn molybdeen naast een kubusje van 1 cm³.

Creative Commons

Molybdeen

Het werkt op de volgende manier. Als er weinig tot geen zuurstof is, nemen de rivieren op aarde weinig molybdeen (Mo) mee. Dat komt omdat molybdeen bij lage zuurstofconcentraties moeilijk oplost in het water tot het ion molybdaat (MoO₄^2-). Als er wel zuurstof is, komt het molybdaat in de oceaan terecht. Meer zuurstof, meer molybdeen in de oceaan zou je dus kunnen zeggen. Als molybdeen eenmaal in de oceaan terecht komt, zinkt een deel uiteindelijk naar de bodem toe en wordt onderdeel van het sediment. De onderzoekers keken echter niet alleen naar de concentratie, maar vooral naar de verhoudingen van twee isotopen van molybdeen die verschillen in het aantal neutronen in de atoomkern: ⁹⁸Mo en ⁹⁵Mo. Kort gezegd komt het erop neer dat er meer zuurstof in de oceaan te vinden is als de ⁹⁸Mo/⁹⁵Mo verhouding stijgt.

Stapje voor stapje

Vóór 2,7 miljard jaar geleden was de verhouding ⁹⁸Mo/⁹⁵Mo ten opzichte van de standaardwaarde nul: er was dus geen zuurstof in de oceaan. Rond die 2,7 miljard jaar geleden steeg de waarde echter plotseling. Deze gebeurtenis staat beter bekend als de ‘Great Oxygenation Event’. Zuurstof werd niet meer direct opgenomen in mineralen, maar kon zich handhaven in de oceanen en mogelijk ook in de atmosfeer. Rond 550 miljoen jaar geleden ging het dak er echt af toen de waarde verder omhoog schoot. Juist toen ontstonden veel van de ons bekende stammen of fyla van organismen. Maar nog belangrijker in dit verband: het leven werd groter.

Een schedel van een Dunkleosteus in het Queensland Museum in Brisbane, Australië.

Slechts even later op de lange geologische tijdsschaal, rond 400 miljoen jaar geleden, was er nog een ‘sprongetje’; een reuzensprong eigenlijk. De onderzoekers vertellen dat dit wel eens de grootste sprong van zuurstof naar hogere waarden ooit kan zijn. Rond die periode kwamen de planten en bomen pas echt tot ontwikkeling op aarde; en zij produceerden zuurstof, véél zuurstof.

De onderzoekers linken meer zuurstof in de atmosfeer -en dus ook in de oceaan door uitwisseling met diezelfde atmosfeer- aan grotere roofvissen in de oceanen. Wat te denken bijvoorbeeld van de Dunkleosteus van circa 380 miljoen jaar geleden; met een lengte van tien meter en een gewicht van maar liefst vier ton een ware reus van een vis. Ook de uitgestorven ammonieten ontwikkelden zich rond 400 miljoen jaar geleden.

Omdat de onderzoekers te weinig monsters hebben van gesteenten jonger dan 400 miljoen jaar geleden, is het beeld na 400 miljoen jaar geleden wat onduidelijk. Desalniettemin is de nieuwe methode een groot succes gebleken voor de oudere perioden.

Zie ook:

• Jojo-effect zuurstofconcentratie op vroege aarde (Kennislinknieuws van NGV Geonieuws)
• Zuurstofrijke supercontinenten (Kennislinknieuws)
• Vulkanen vertraagden stijging zuurstofconcentratie (Kennislinknieuws)
• Vulkanen veroorzaakten zee zonder zuurstof (Kennislinknieuws)
• Evolutie 2 miljard jaar vertraagd (Kennislinknieuws)
• Meer zuurstof in vurig verleden (Kennislinknieuws)