Aan koperisotopen in schalieformaties op de zeebodem kun je zien wanneer het zuurstofgehalte van de atmosfeer is gaan stijgen. En vooral ook hoe hard dat ging, meldt een Europees onderzoeksteam in PNAS.

Die plotselinge zuurstoftoename staat bekend als het Great Oxygenation Event (GOE). Het moet ongeveer 2,3 miljard jaar geleden zijn gebeurd. Voor die tijd bevatte de atmosfeer nauwelijks zuurstof, daarna werd de concentratie vergelijkbaar met die van nu. Het had hoogstwaarschijnlijk te maken met de opkomst van micro-organismen die in staat waren tot fotosynthese, en die meer zuurstof gingen aanmaken dan de oceanen konden opnemen.

Het idee is nu dat hierdoor ook de verhouding van stabiele koperisotopen in het zeewater werd beïnvloed. In de praktijk bestaan er daarvan maar twee: koper-63 en koper-65.

De verhouding tussen die twee werd ten eerste beïnvloed door het ijzergehalte van het water. Als ijzer neerslaat in de vorm van ijzeroxide, trekt het koperionen mee en geeft daarbij de voorkeur aan koper-65, de zwaarste variant. Hierdoor blijft dus relatief veel koper-63 achter in het water.

Kort na het begin van het GOE ging het ijzergehalte van het water in rap tempo achteruit, juist omdat er meer zuurstof beschikbaar kwam om Fe²⁺ te oxideren naar het slechter oplosbare Fe³⁺. Je vindt dat neergeslagen ijzer heden ten dage terug in zogeheten ‘banded iron formations’. Er werd nog wel extra Fe²⁺ aangevoerd door hydrothermale bronnen maar dat was bij lange na niet voldoende om de ijzerconcentratie op het pre-GOE-peil te houden. Na een tijdje werd op deze manier dus ook geen koper meer aan het water onttrokken.

Tegelijk leidde de extra zuurstof in de atmosfeer er toe dat rotsformaties op het vasteland veel sneller gingen verweren. Daarbij zaten ook koperhoudende mineralen zoals chalcociet (Cu₂S) and chalcopyriet (CuFeS₂). Dat koper spoede uiteindelijk de oceaan in en ook dát ging met koper-65 net iets sneller dan met koper-63. Zodat ná het GOE dat koper-65 de overhand kreeg.

En het nieuws is dus dat je in koolstofrijke schalielagen van 2,66 tot 2,1 miljard jaar geleden inderdaad dat patroon terugvindt. Die schalie is immers het restant van micro-organismen die koper gebruikten als sporenelement. Volgens laatste auteur Ernest Chi Fru (Stockholm University) kun je er aardig uit afleiden hoeveel zuurstof er op een gegeven moment in de atmosfeer moet hebben gezeten.

bron: Stockholm University