Распад древнего суперконтинента подготовил Землю для сложной жизни

Распад древнего суперконтинента Нуна охладил планету, насытил океаны кислородом и способствовал появлению сложной жизни. Новое исследование переопределяет якобы «скучный» период как эпоху скрытых планетарных изменений. Авторы и права: Dietmar Müller/EarthByte Group/The University of Sydney

Учёные из Сиднейского и Аделаидского университетов выяснили, как распад древнего суперконтинента около 1,5 миллиарда лет назад изменил поверхность Земли и подготовил почву для возникновения сложных форм жизни.

«Наш подход показывает, как тектоника плит помогла сформировать обитаемость Земли», — сказал ведущий автор, профессор Дитмар Мюллер. — «Это даёт новый способ осмысления того, как тектоника, климат и жизнь совместно эволюционировали в глубоком времени».

Исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Science Letters, опровергает традиционный взгляд на «Скучный миллиард» — якобы невыразительный период в истории Земли, отмеченный слабой биологической или геологической активностью. Результаты показывают, что тектонические плиты планеты были далеки от покоя, вызывая изменения, которые привели к образованию богатых кислородом морей и появлению ранних эукариот — организмов, которые в конечном итоге дали начало растениям, животным и грибам.

Эукариоты — это живые существа с клетками, содержащими ядро и другие специализированные структуры, называемые органеллами. Профессор Мюллер и его команда обнаружили, что распад суперконтинента Нуна запустил последовательность геологических событий, которые сократили вулкаческие выбросы углекислого газа (CO2) и расширили мелководные морские местообитания, где эволюционировали ранние эукариоты.

«Глубинные процессы Земли, в частности распад древнего суперконтинента Нуна, запустили цепь событий, которые сократили вулкаческие выбросы углекислого газа (CO2) и расширили мелководные морские местообитания, где эволюционировали ранние эукариоты», — пояснил профессор Мюллер.

Между 1,8 и 0,8 миллиарда лет назад земные массивы неоднократно соединялись и распадались, сначала образуя Нуну, а позже — Родинию. Чтобы изучить этот долгий интервал, исследовательская группа разработала новую модель тектоники плит, охватывающую 1,8 миллиарда лет эволюции Земли. Это позволило им отследить, как смещающиеся границы плит и континентальные окраины влияли на обмен углеродом между мантией, океанами и атмосферой.

Когда Нуна начала распадаться около 1,46 миллиарда лет назад, общая протяжённость мелководных континентальных шельфов более чем удвоилась, достигнув примерно 130 000 километров. Эти расширившиеся зоны мелководья, вероятно, поддерживали широко распространённые, богатые кислородом и умеренные моря — идеальные среды для процветания ранних сложных организмов.

В то же время вулканические выбросы CO2 снизились, а больше углерода стало храниться в океанической коре по мере взаимодействия морской воды с горячей породой вдоль срединно-океанических хребтов. Этот процесс удалял CO2 из воды и захватывал его в известняковых отложениях, изолируя углерод, который в противном случае мог бы нагреть планету.

«Этот двойной эффект — сокращение вулканического высвобождения углерода и усиление геологического хранения углерода — охладил климат Земли и изменил химию океана, создав условия, подходящие для эволюции более сложной жизни», — сказала соавтор исследования доцент Адриана Дуткевич из Школы геонаук Сиднейского университета.

Исследователи обнаружили, что первые ископаемые свидетельства существования эукариот, датируемые примерно 1,05 миллиарда лет назад, появились в то время, когда континенты расходились, а мелководные моря распространялись.

«Мы считаем, что эти обширные континентальные шельфы и мелководные моря были crucial ecological incubators», — сказал доцент Юрай Фаркаш из Аделаидского университета. — «Они обеспечивали тектонически и геохимически стабильные морские среды с предположительно повышенным уровнем питательных веществ и кислорода, которые, в свою очередь, были критически важны для эволюции и диверсификации более сложных форм жизни на нашей планете».

Эти результаты подчёркивают прямую связь между глубинными процессами Земли и эволюцией поверхности, показывая, как тектоника плит, углеродный цикл и биологическое развитие были переплетены в глубоком времени.

Это исследование впервые количественно связало реконструкции тектоники плит из глубокого геологического времени как с долгосрочным углеродным циклом, так и с ключевыми вехами в биологической эволюции. Команда объединила детальные тектонические реконструкции с вычислительными и термодинамическими моделями, имитирующими, как углерод накапливался и высвобождался через субдукцию (когда одна плита подныривает под другую) и вулканическую активность, которая выносила магму, пепел и газы на поверхность.

Вместе эти результаты предлагают всеобъемлющую основу, связывающую движение земных плит с условиями, которые сделали планету обитаемой, — раскрывая, что даже в свои так называемые «скучные» миллиард лет Земля тихо готовилась к величайшему преобразованию жизни.