Silicon Valley, California (VS) – De Aarde verkreeg twee miljard geleden een zuurstofatmosfeer doordat waterstof in grote hoeveelheden naar de ruimte ontweek.


De stijging van de zuurstofconcentratie in de atmosfeer, die 2,1 miljard jaar geleden plaatsvond, was waarschijnlijk essentieel voor de snelle evolutie van complexe levende organismen. Hoe kon die stijging plaatsvinden? Lange tijd speculeerden wetenschappers daarover, met als voornaamste theorie dat veel waterstof gebonden in organisch materiaal onder het aardoppervlak verdween. Nu lanceren twee teams van NASA-onderzoekers een verklaring ervoor: waterstof ontsnapte naar de ruimte.

De onderzoekers publiceerden hun ideeën in Nature en Science. Het team van David Catling ging uit van theoretische modellen, Tori Hoehler verrichtte metingen aan microbiële matten, dikke lagen micro-organismen zoals die ook op de vroege Aarde moeten hebben voorgekomen.
Volgens Catling nam de zuurstofconcentratie in de aardatmosfeer toe omdat waterstofatomen die waren opgenomen in methaan verdwenen naar de ruimte. Primitieve microben produceerden dat methaan. Dit onomkeerbare verlies van waterstof leidde tot een overmaat aan zuurstof, dat allereerst in de aardkorst en daarna in de atmosfeer terechtkwam. “Zonder zuurstof zou het meest ontwikkelde leven op Aarde gewoon een groene prut zijn geweest,” verklaart Catling. “Gelukkig konden sommige bacteriën in de vroege oceanen water splitsen in waterstof en zuurstof. Waterstof verdween naar de ruimte, en zuurstof bleef achter. Het methaan verklaart ook waarom de Aarde destijds niet was bevroren, alhoewel de Zon toen twintig procent minder sterk scheen. Methaan is een sterk broeikasgas.”
Hoehler keek hoeveel gassen vrijkomen uit moderne matten van eencelligen in Baja, Mexico, onder omstandigheden die lijken op de vroege aardatmosfeer. Deze matten zijn verwant aan het leven in de vroege aardse biosfeer. De matten gaven 's nachts grote hoeveelheden waterstof af. Hoehler: “Als de vroege microbiële matten op Aarde zich zo gedroegen als deze moderne, dan pompten ze duizendmaal meer waterstof in de atmosfeer dan vulkanen en hydrothermische bronnen”.
Hoehler denkt dat een deel van de waterstof direct naar de ruimte ontweek, terwilj de rest een belangrijke voedselbron voor andere microben was, zoals methaanproducerende eencelligen. “We ontdekten dat de verhoogde concentraties waterstof in de matten de biologische productie en afgifte van methaan stimuleert.” Daarmee sluiten deze bevindingen aan op Catlings theorie dat waterstof gebonden in methaan aan de aardse atmosfeer ontsnapte.

Erick Vermeulen