|
Почва для зарождения сложной жизни на нашей планете
|
|
|
|
Около 2,5 миллиардов лет назад свободный кислород, или O2, впервые начал накапливаться в атмосфере Земли в значительном количестве, подготовив почву для зарождения сложной жизни на нашей эволюционирующей планете. Ученые называют это явление Великим окислительным событием, или сокращенно GOE. Но, согласно новому исследованию, проведенному геохимиком из Университета Юты, первоначальное накопление O2 на Земле было далеко не таким простым, как предполагает это название. Это "событие" продолжалось по меньшей мере 200 миллионов лет. И до сих пор отслеживать накопление O2 в океанах было очень сложно, говорит Чадлин Острандер, доцент кафедры геологии и геофизики. "Появляющиеся данные свидетельствуют о том, что первоначальный рост содержания O2 в атмосфере Земли был динамичным и происходил скачкообразно, возможно, до 2,2 миллиарда лет назад", - сказал Острандер, ведущий автор исследования, опубликованного 12 июня в журнале Nature. "Наши данные подтверждают эту гипотезу, даже делая еще один шаг вперед, распространяя эту динамику на океан".
|
|
|
|
Его международная исследовательская группа сосредоточилась на морских сланцах Трансваальской группы в Южной Африке, что позволило получить представление о динамике насыщения океана кислородом в этот важнейший период истории Земли. Проанализировав стабильные соотношения изотопов таллия (Tl) и редокс-чувствительных элементов, они обнаружили свидетельства колебаний уровня O2 в морской среде, которые совпадали с изменениями содержания кислорода в атмосфере. Эти результаты помогают лучше понять сложные процессы, которые формировали уровень O2 на Земле в критический период истории планеты, который проложил путь к эволюции жизни в том виде, в каком мы ее знаем. "Мы действительно не знаем, что происходило в океанах, где, вероятно, зародились и эволюционировали самые ранние формы жизни на Земле", - сказал Острандер, который в прошлом году поступил на работу в университетский факультет из океанографического института Вудс-Хоул в Массачусетсе. "Таким образом, знание содержания O2 в океанах и того, как оно менялось со временем, вероятно, более важно для ранней жизни, чем для атмосферы".
|
|
|
Исследование основано на работе соавторов Острандера Саймона Поултона из Лидского университета в Великобритании и Андрея Беккера из Калифорнийского университета в Риверсайде. В ходе исследования, проведенного в 2021 году, их команда ученых обнаружила, что O2 стал постоянной частью атмосферы примерно через 200 миллионов лет после начала глобального процесса насыщения кислородом, то есть намного позже, чем считалось ранее. "Неопровержимым доказательством" бескислородной атмосферы является наличие редких, не зависящих от массы изотопов серы признаков в осадочных породах до ГЭ. Очень немногие процессы на Земле могут генерировать такие изотопные признаки серы, и, судя по тому, что известно, для их сохранения в горных породах почти наверняка требуется отсутствие атмосферного O2. В течение первой половины существования Земли ее атмосфера и океаны были в значительной степени лишены O2. По-видимому, этот газ вырабатывался цианобактериями в океане еще до начала геологической эволюции, но в те далекие времена O2 быстро разрушался в результате реакций с минералами и вулканическими газами.
|
|
|
|
Поултон, Беккер и их коллеги обнаружили, что следы редких изотопов серы исчезают, но затем появляются вновь, что свидетельствует о многократном повышении и понижении содержания O2 в атмосфере во время GOE. Это не было единичным "событием". "Земля не была готова к насыщению кислородом, когда он начал вырабатываться. Земле потребовалось время для биологической, геологической и химической эволюции, чтобы стать благоприятной для насыщения кислородом", - сказал Острандер. "Это похоже на шатание на качелях. Вы производите кислород, но при этом так сильно разрушаете кислород, что ничего не происходит. Мы все еще пытаемся выяснить, когда мы окончательно перевесили чашу весов и Земля не смогла вернуться к бескислородной атмосфере." Чтобы составить карту уровней O2 в океане во время GOE, исследовательская группа опиралась на опыт Острандера в области стабильных изотопов таллия.
|
|
|
|
Изотопы - это атомы одного и того же элемента, которые имеют неодинаковое количество нейтронов, что придает им несколько разный вес. Соотношение изотопов определенного элемента привело к открытиям в археологии, геохимии и многих других областях. Достижения в области масс-спектрометрии позволили ученым точно анализировать соотношение изотопов элементов, расположенных все ниже и ниже по периодической таблице Менделеева, таких как таллий. К счастью для Острандера и его команды, соотношение изотопов таллия чувствительно к захоронению оксида марганца на морском дне - процессу, который требует присутствия O2 в морской воде. Команда исследовала изотопы таллия в тех же морских сланцах, которые, как недавно было показано, позволяют отслеживать колебания содержания O2 в атмосфере во время GOE с помощью редких изотопов серы. В сланцах Острандер и его команда обнаружили заметное обогащение более легкого по массе изотопа таллия (203Tl), что лучше всего объясняется захоронением оксида марганца на морском дне и, следовательно, накоплением O2 в морской воде.
|
|
|
|
Эти обогащения были обнаружены в тех же образцах, в которых отсутствовали признаки редкого изотопа серы, и, следовательно, когда атмосфера уже не была бескислородной. И главное: обогащение 203Tl исчезает, когда признаки редкого изотопа серы возвращаются. Эти результаты были подтверждены с помощью обогащения редокс-чувствительными элементами - более классического инструмента для отслеживания изменений в древнем O2. "Когда изотопы серы говорят о том, что атмосфера стала насыщенной кислородом, изотопы таллия говорят о том, что океаны стали насыщенными кислородом. И если изотопы серы говорят, что атмосфера снова стала бескислородной, то изотопы таллия говорят то же самое об океане", - сказал Острандер. "Таким образом, атмосфера и океан одновременно насыщались кислородом и раскислялись. Это новая и интересная информация для тех, кто интересуется древней Землей".
|
|
|
|
Источник
|
