Китайские учёные раскрыли трёхэтапный процесс насыщения атмосферы Земли кислородом

Китайские учёные обнаружили, что атмосфера Земли пережила три крупных всплеска содержания кислорода за последние 2 миллиарда лет в процессе перехода от бескислородного состояния к богатому кислородом. Это открытие даёт новые представления о происхождении жизни, её эволюции и долгосрочной обитаемости планеты.

Исследование, проведённое учёными из Чэндуйского технологического университета и Нанкинского университета, недавно было опубликовано в журнале Nature. В нём представлены данные о тройном изотопном составе кислорода сульфатов, захваченных в осадочных породах.

«Впервые наше исследование предоставляет самые прямые на сегодняшний день свидетельства того, что уровень кислорода на Земле достиг современных значений около 410 миллионов лет назад, подтверждая трёхэтапный процесс оксигенации поверхности планеты», — заявил Ли Чао, профессор Института осадочной геологии Чэндуйского технологического университета.

Ли объяснил, что тройные изотопы кислорода относятся к трём стабильным изотопам кислорода, и их относительное содержание в различных природных веществах не является фиксированным, а претерпевает незначительные вариации из-за биогеохимических процессов в атмосфере и океанах. Измеряя эти тонкие различия — подобно чтению «отпечатков пальцев» Земли — учёные могут определить, как развивалась поверхностная среда древней Земли.

Однако долгое время у учёных не было эффективных методов трассировки и данных для прямого определения изменений в поверхностных резервуарах кислорода Земли, их источников и стоков, а также ключевых контролирующих факторов. Это исследование заполняет пробел путём сочетания системного анализа образцов и интеграции литературных данных.

Новые данные показывают, что первый всплеск кислорода произошёл во время палеопротерозойской эры (2,4–2,1 миллиарда лет назад), второй всплеск имел место в неопротерозойскую эру (около 1 миллиарда лет назад), а третий — в палеозойскую эру (около 440 миллионов лет назад).

Эти изменения указывают на то, что уровень кислорода на Земле повышался поэтапно от незначительных уровней, приблизившись к современному стабильному богатому кислородом состоянию около 410 миллионов лет назад. Этот процесс занял почти 2 миллиарда лет.

Между тем, в неопротерозое резкие взаимосвязанные сдвиги в изотопах углерода, серы и кислорода показывают, что после увеличения атмосферного кислорода он начал периодически окислять в значительной степени бедные кислородом океаны.

«Это исследование не только закладывает прочную основу для понимания поэтапной эволюции сложной эукариотической жизни, но и предлагает новые перспективы для изучения формирования обитаемых планет и древних углеводородных пород-коллекторов», — отметил Ли Чао.

«Оно также раскрывает интерактивные отношения между атмосферой и океанами на протяжении этого длительного процесса, делая решающий шаг к ответу на фундаментальный вопрос о том, когда и как Земля стала пригодной для жизни», — добавил он.

Интересный факт: Современная атмосфера Земли содержит около 21% кислорода, но так было не всегда. В первые миллиарды лет существования нашей планеты кислорода в атмосфере практически не было. Его накопление стало результатом деятельности цианобактерий, которые в процессе фотосинтеза выделяли кислород как побочный продукт. Это постепенно изменило состав атмосферы и сделало возможным развитие сложных форм жизни.