De ‘saai miljard jaren’ van de aarde creëerden de voorwaarden voor complexe levensvormen, blijkt uit onderzoek

Een baanbrekende studie van onderzoekers van de Universiteit van Sydney en de Universiteit van Adelaide heeft aangetoond hoe de opsplitsing van een oud supercontinent 1,5 miljard jaar geleden de omgevingen op de aarde heeft getransformeerd, wat de weg vrijmaakte voor de opkomst van complex leven.

Volgens professor Dietmar Müller, de hoofdauteur van de studie, toont ons onderzoek aan hoe plaattektoniek heeft bijgedragen aan de bewoonbaarheid van de aarde. “Het biedt een nieuwe manier om na te denken over hoe tektoniek, klimaat en leven door de tijd heen samen zijn geëvolueerd.”

De bevindingen, gepubliceerd in Earth and Planetary Science Letters, dagen de opvatting van de “Boring Billion” uit—een periode van veronderstelde stilstand in de biologische en geologische activiteit in de geschiedenis van de aarde. In plaats daarvan laat het zien dat plaattektoniek de planeet aan het hervormen was, wat de voorwaarden creëerde die de zuurstofrijke oceanen en de verschijning van de eerste eukaryoten, de voorouders van al het complexe leven, ondersteunden.

Eukaryoten zijn organismen wiens cellen een gedefinieerde kern bevatten, naast andere membraangebonden structuren, genaamd organellen. Alle planten, dieren en schimmels zijn eukaryoten.

Professor Müller voegt toe: “Ons werk onthult dat diepe aardeprocessen, specifiek de opsplitsing van het oude supercontinent Nuna, een keten van gebeurtenissen in gang hebben gezet die de uitstoot van vulkanisch koolstofdioxide (CO₂) heeft verminderd en de ondiepe mariene habitats heeft uitgebreid waar vroege eukaryoten zich ontwikkelden.”

Een dynamische aarde onder een ‘saai’ oppervlak

Tussen 1,8 en 0,8 miljard jaar geleden zijn de continenten van de aarde twee keer samengevoegd en uiteengevallen, eerst in Nuna en vervolgens in Rodinia. Met behulp van een nieuw model voor plaattektoniek, dat 1,8 miljard jaar van de geschiedenis van de aarde bestrijkt, heeft het team veranderingen in plaatgrenzen, continentale marges en koolstofuitwisseling tussen de mantel, oceanen en atmosfeer gereconstrueerd.

Ze ontdekten dat de fragmentatie van Nuna rond 1,46 miljard jaar geleden leidde tot een verdubbeling van de totale lengte van ondiepe continentale shelves tot ongeveer 130.000 kilometer. Deze ondiepe omgevingen herbergden waarschijnlijk uitgebreide geoxygeneerde en gematigde zeeën, die langdurige, stabiele omgevingen boden voor complex leven om te gedijen.

Tegelijkertijd nam de vulkanische uitstoot van CO₂ af, terwijl de opslag van koolstof in de oceaanbodem toenam door een uitbreiding van de flanken van mid-oceanische ruggen. Hier sijpelt zeewater in scheuren in de korst, wordt het verwarmd en wordt de CO₂ die het bevat, verwijderd om kalksteen te produceren.

Co-auteur, geassocieerd professor Adriana Dutkiewicz, legt uit: “Dit dubbele effect—verminderde vulkanische koolstofuitstoot en verbeterde geologische koolstofopslag—heeft het klimaat van de aarde afgekoeld en de oceanische chemie veranderd, waardoor voorwaarden zijn gecreëerd die geschikt zijn voor de evolutie van complexer leven.”

Van tektoniek naar leven

De resultaten van de studie geven aan dat de verschijning van de eerste fossiele eukaryoten, ongeveer 1,05 miljard jaar geleden, samenviel met de verspreiding van continenten en uitgebreide ondiepe zeeën. “We denken dat deze uitgestrekte continentale shelves en ondiepe zeeën cruciale ecologische incubators waren,” zegt geassocieerd professor Juraj Farkaš van de Universiteit van Adelaide.

“Ze boden tektonisch en geochemisch stabiele mariene omgevingen met vermoedelijk verhoogde niveaus van voedingsstoffen en zuurstof, die op hun beurt cruciaal waren voor de evolutie en diversificatie van complexere levensvormen op onze planeet.”

De bevindingen verbinden de dynamiek van de diepe aarde met de geochemische en biologische evolutie dicht bij het oppervlak, en bieden een samenhangend kader dat plaattektoniek, de wereldwijde koolstofcyclus, oceaanchemie en de opkomst van complex leven met elkaar verbindt.

Een nieuw kader voor de evolutie van de aarde

Dit onderzoek vertegenwoordigt de eerste keer dat reconstructies van plaattektoniek over lange tijdsperiodes kwantitatief zijn gekoppeld aan langetermijn koolstofuitstoot en biologische mijlpalen over bijna twee miljard jaar. De auteurs gebruikten computermodellen die tektonische reconstructies combineerden met thermodynamische simulaties van koolstofopslag en -ontgassing door subductie, waar de ene tektonische plaat onder de andere schuift, en vulkanisme, wat magma, as en gassen in de atmosfeer en op het aardoppervlak vrijgeeft.