Iltningen af Jordens atmosfære er måske ikke foregået helt så simpelt, som videnskaben hidtil har antaget. Det indikerer en analyse, som den schweiziskfødte professor Robert Frei fra Institut for Geografi og Geologi ved Københavns Universitet præsenterer i denne uge i tidsskriftet Nature.

Forskningen er udført sammen med blandt andre professor Donald Canfield fra Syddansk Universitet, hvis nært forbundne forskning omkring iltningen af verdenshavene og betydningen heraf for evolutionen Ingeniøren sidste år kårede som årets danske forskningsgennembrud.

Forskerne ved i dag med sikkerhed, at iltindholdet i Jordens atmosfære indtil for rundt regnet 2,5 milliarder år siden var under en tusindedel af det nuværende niveau. Så skete en markant iltning i forbindelse med fremkomsten af de første fotosyntetiske cyanobakterier. Iltindholdet steg til mindst en hundrededel af det nuværende niveau. Fænomenet kendes som Great Oxidation Event eller blot GOE hos fagfolk.

Den næste store "event" skete for cirka 600 millioner år siden, da de første større og mere komplekse dyr opstod. I geologisk målestok steg iltkoncentrationen hurtigt til omkring det nuværende niveau på cirka 21 procent. For cirka 300 millioner år siden toppede den atmosfæriske iltkoncentation med hele 35 procent.

Svingende iltindhold
Forskerne har altså vidst, at iltindholdet i atmosfæren både er gået op og ned over de seneste 600 millioner år. Men alle har troet, at iltholdet i de første par milliarder år efter GOE kun gik en vej: opad. Denne antagelse rokker Robert Frei og co. nu ved.

De fremlægger indikationer på, at forløbet efter GOE var noget mere kompliceret. Specielt fremhæver de tegn på, at iltkoncentrationen for cirka 1,88 milliarder år faldt til samme meget lave niveau som før GOE.
Forskerne fremlægger også målinger for, at iltholdet i en kort periode før GOE var højere end i resten af Jordens barndom. De tidsfastsætter dette til et tidspunkt mellem 2,6 og 2,8 milliarder år siden. Dette resultat stemmer kvalitativt overens med det som en amerikansk-canadisk forskergrupper rapporterede for to år siden.

I en artikel i Science berettede de, at de havde fundet spor af en svag iltning før GOE. Ud fra prøver i det vestlige Australien daterede de tidspunktet til for 2501 ± 8 millioner år siden og dermed mere end 50 millioner år før GOE.

Krom forsvinder, når ilten kommer
Konklusionerne baserer Robert Frei på målinger af krom-indholdet i jernlag.

Uden iltindhold er krom stabilt i lagene med oxidationstrin +3. Med stigende indhold af ilt vil mangan (Mn) i lagene blive oxideret til MnO2, som vil reagere med krom, så det ender i oxidationstrin +6. Denne udgave af krom har større mobilitet og kan blandt andet fjernes fra lagene af regnvand og ledes til verdenshavene. Det gælder desuden, at den tunge isotop Cr-55 er lettere at oxidere end den lettere isotop Cr-52.

Målinger af kromisotoper i jernlaget bliver dermed en indikation af iltholdet i atmosfæren på det tidspunkt, hvor lagene blev dannet.

Ikke ubetinget accept
Timothy Lyons og Christopher Reinhard fra University of California, Riverside anerkender i en kommentar i Nature, at krom-analyser er et nyt spændende værktøj, men de er endnu ikke fuldstændig overbeviste om, at iltindholdet i atmosfæren skulle have dykket markant efter GOE, som Frei hævder.

Ingen andre forskere har rapporteret noget lignede før. Lyons og Reinhard mener desuden, at dette burde kunne ses i andre målinger baseret på svovlisotoper. Men det kan det ikke.

De stiller også tvivl om hvorvidt der er en enkel, lineær sammenhæng mellem krom og iltholdhold. Der er meget, vi ikke ved endnu om krom-cyklussen på land og i havene, forklarer de to amerikanere. Men artiklen fra Robert Frei er også kun første skridt i denne retning.