Vulkanische-hydrothermale fosforpulsen bevorderden oceaanafzetting van zuurstof tijdens Ediacaraanse fosfogenese in Zuid-China

Oude zeeën en de lucht die we inademen

Tegenwoordig houdt de zuurstof in onze lucht stilletjes elke ademhaling in stand, maar meer dan 600 miljoen jaar geleden stonden de oceanen van de Aarde nog maar aan het begin van die transformatie. Deze studie onderzoekt gesteenten uit Zuid-China om een grote vraag te beantwoorden: hoe hielpen voedingsstoffen in de oude zee, deels aangeleverd door vulkanen, de omslag van een laagzuurstofwereld naar een wereld die complexe dieren kon ondersteunen?

Sporen gevangen in fosfaatrijke gesteenten

De onderzoekers concentreerden zich op fosforieten, fosforrijke gesteenten, bewaard in het Ediacaraanse Doushantuo‑formatie op een locatie die Longxi heet in Zuid-China. Fosfor is een cruciaal ingrediënt voor leven en beperkt vaak hoeveel microscopisch plantaardig leven de oceaan kan ondersteunen. Door gesteentetexturen onder de microscoop te bestuderen en de chemie van 63 monsters te meten, reconstrueren ze hoe deze fosforieten gevormd werden in een ondiepe maar enigszins beperkte zee aan de rand van het oude Yangtze‑continentblok.

Vulkanen als leveranciers van voedingsstoffen

Meerdere bewijslijnen wijzen op een belangrijke rol van vulkanische en hydrothermale activiteit bij het aanvoeren van fosfor naar deze zeeën, naast de gebruikelijke rivieraanvoer vanaf het land. De gesteenten bevatten scherven van vulkanisch glas, ongewoon hoge uranium‑tot‑thoriumverhoudingen en elementenpatronen van zeldzame aardmetalen die typerend zijn voor vloeistoffen die door hete zeebodemgesteenten circuleren. Hoge silicium‑tot‑aluminiumverhoudingen wijzen er ook op dat veel opgeloste materiaal niet van gewoon kleiig afspoeling vanaf de continenten afkomstig was. Massabalansberekeningen geven aan dat gewone verwering op zichzelf niet voldoende fosfor snel genoeg had kunnen leveren om de dikke fosforietlagen te vormen die worden waargenomen, terwijl kortstondige, krachtige pulsen van vulkanisch‑hydrothermale systemen dat wél konden.

Drie stadia op een veranderende zeebodem

Gesteentetexturen en chemische vingerafdrukken tonen aan dat de vorming van fosforiet in Longxi zich in drie hoofdfasen voltrok. Eerst, tijdens een hydrothermale en reducerende fase, stroomden fosforrijke vloeistoffen uit vulkanische bronnen in grotendeels zuurstofarme bodems wateren en neersloegen anorganische fosfaatmineralen terwijl ze explosies van cyanobacteriën en algen ondersteunden. Vervolgens trad een episodische concentratiefase op, toen zeespiegelwisselingen en de groei van het mineraal dolomiet hielpen fosfor te focussen en vast te leggen. Terwijl magnesium in nieuw gevormde dolomiet opgenomen werd, werd het makkelijker voor apatiet, het belangrijkste fosfaatmineraal, om binnen afwisselende banden van dolosteen en fosforiet te kristalliseren. Ten slotte, in een herverrijkingsfase, werd de waterkolom zuurstofrijker, bleven microbiële gemeenschappen fosfor vangen en omzetten, en groeiden kenmerkende microbiële structuren zoals oncoïden en filamentaire netwerken binnen de afzettingen.

Oceanen die adem halen

Chemische tracers die reageren op zuurstofniveaus — waaronder patronen van zeldzame aardelementen, verhoudingen van spoorelementen en de aanwezigheid of afwezigheid van verschillende vormen van pyriet — tonen een verschuiving van meer reducerende condities op de zeebodem in de vroegere gesteenten naar meer oxiderende condities in de latere microbiële fosforieten. Dit komt overeen met bewijs uit andere regio’s dat de Ediacaraanse oceanen pulsen van stijgende zuurstof doormaakten. De studie suggereert dat uitbarstingen van fosfor uit vulkanisch‑hydrothermale systemen tijdelijk de voedingslimieten ophieven, de mariene productiviteit verhoogden en hielpen episodes van lokale oceanische oxygenatie aan te drijven, ook al werd veel van het geproduceerde organische materiaal nog steeds snel gerecycled.

Waarom dit oude verhaal vandaag van belang is

Door vulkanische activiteit, aanvoer van voedingsstoffen, microbiële groei en veranderende zuurstofniveaus met elkaar te verbinden, schetst het werk een beeld van een hecht gekoppeld Aardesysteem tijdens het Ediacaraans. In plaats van een trage, gelijkmatige stijging van zuurstof lijken de oceanen te hebben gereageerd op korte fosforpulsen die lokale uitbarstingen van productiviteit en oxygenatie veroorzaakten. Deze gebeurtenissen, vastgelegd in de Longxi‑fosforieten, droegen waarschijnlijk bij aan het ontstaan van oceaanomstandigheden die later grotere, complexe dieren in staat stelden te gedijen, en bieden een diepere visie op hoe geologische processen het podium kunnen vormen voor biologische innovatie.

Bronvermelding: Han, C., Li, Q., Han, Y. et al. Volcano-hydrothermal phosphorus pulses fostered ocean oxidation during Ediacaran phosphogenesis in South China. Commun Earth Environ 7, 420 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03422-1

Trefwoorden: fosforcyclus, Ediacaraanse oceaan, vulkanische hydrothermale activiteit, oceanische oxygenatie, fosforietafzettingen