Уровни кислорода в древности дают ключ к разгадке времени жизни и смерти на Земле
01.03.2022
Кислород имеет решающее значение для жизни, но то, что способствовало первому повышению уровня кислорода в атмосфере Земли и когда именно это произошло, было загадкой для ученых в течение последних 70 лет.
Новое международное исследование, проведенное группой геологов из Университета Тасмании в сотрудничестве с учеными из Института Карнеги в Вашингтоне и Университета Торонто, предлагает альтернативную теорию.
Исследователи предполагают, что рост атмосферного кислорода был очень медленным процессом между 2,8 и 1,8 миллионами лет назад, связанным со столкновением континентальных плит во время циклов суперконтинентов и эволюцией цианобактерий в наших океанах.
Атмосферный кислород повышался в течение миллиарда лет, с пиком, близким к современному уровню кислорода 21%, около 1,9 миллиарда лет назад. Затем кислород уменьшился на следующий период, известный как скучный миллиард.
Исследование показало: эволюция минералов в земной коре коррелирует с повышением уровня кислорода из-за присутствия новых видов окисленных металлов, которые стали доступными только из-за повышения уровня кислорода.
Новая теория использует измерения окислительно-восстановительного химического состава минералов, которые образуются в горных породах и на морском дне в течение геологического времени.
Геолог из Университета Тасмании профессор Росс Лардж рассказал, что результаты основаны на большом количестве данных по целому ряду минералов и изотопов. Команды ученых создали обширные базы данных по химическому составу широкого спектра минералов. Базы включают десятки тысяч анализов, собранных за последние 15 лет.
«Всемирная тенденция к исследованиям, основанным на данных, усиливается, потому что наши технологии быстро меняются, что позволяет проводить тысячи анализов, — пояснил профессор Лардж. — Многие предыдущие исследования по этой теме зависели от ограниченного анализа, поддерживаемого компьютерными моделями для заполнения данных и попыток предсказать результаты».
Первое повышение уровня кислорода сопровождалось уменьшением содержания углекислого газа и метана, что привело к созданию условий в океане и атмосфере, более подходящих для жизни.
«Старые архейские океаны до 2,6 миллиарда лет назад были обогащены токсичными элементами, такими как мышьяк и ртуть, и были очень негостеприимны для жизни, какой мы ее знаем, — сказал профессор Лардж. — Наши исследования показывают, что с увеличением количества кислорода изменился химический состав океана, уменьшилось количество токсичных элементов, а важные для жизни элементы, такие как фосфор, молибден и цинк, стали более доступными для стимулирования эволюционных изменений».
Эти серьезные изменения были вызваны первым развитием дрейфа континентов, связанным с циклами суперконтинентов, которые описывают сборку, продолжительность и фрагментацию крупнейших массивов суши на Земле.
«Горообразование во время столкновения плит в первой фазе цикла каждого суперконтинента приводило к вымыванию питательных веществ в океаны, стимулируя жизнь и высвобождая кислород в атмосферу, — объяснил профессор Лардж. — Мы предполагаем, что две фазы горообразования способствовали повышению уровня кислорода, производству новых минералов и эволюции ранней жизни. Первая произошла около 2,8 миллиарда лет назад с образованием суперконтинента Кенорленд, а вторая — около 2,1 миллиарда лет назад, когда образовался суперконтинент Нуна».
Третий кислородный цикл начался около миллиарда лет назад, и с тех пор частота циклов увеличилась — она начала составлять от 200 до 60 миллионов лет. Предыдущее исследование группы показало, что каждый кислородный цикл заканчивался массовым вымиранием, но за ним быстро следовал взрыв в эволюции.
Вопреки некоторым предположениям профессор Лардж не считает, что мы движемся к еще одному массовому вымиранию. Он сказал, что прошлые массовые вымирания были связаны с повышением содержания углекислого газа до более чем 4000 частей на миллион (ppm) по сравнению с примерно 300 ppm сегодня. Содержание кислорода в прошлые вымирания падало ниже 10% а возможно, и до 5% по сравнению с 21% сегодня.
Основываясь на земных циклах, следующее массовое вымирание произойдет примерно через 30 миллионов лет, считает Лардж.
Фото: phys.org
Елена Краснова
