Французские геологи проанализировали состав нитратов в вулканических отложениях времен неогена и выяснили, что возникающие в облаках пепла молнии могли фиксировать атмосферный азот. Исследователи обнаружили несколько свидетельств, указывающих на то, что нитраты в отложениях образовались именно из атмосферного азота.
Образование белков и нуклеиновых кислот — важнейший процесс в зарождении жизни. Но он невозможен без азота, одного из самых распространенных элементов на Земле. Азот занимает почти три четверти объема атмосферного воздуха, однако находится в такой форме, какую живые организмы не могут поглотить. Преобразование азота в биодоступную форму называется азотфиксацией. Сейчас этим занимаются микроорганизмы или азотные удобрения, но до возникновения жизни роль азотфиксатора гипотетически была у нескольких явлений — в том числе у грозовых и вулканических молний.
Возможность такой азотфиксации доказывалась еще в лабораторных экспериментах. Во время извержений в атмосферу выбрасывается большое количество серы и галогенов (хлор, фтор и прочее), а в облаках пепла возникают молнии — так называемая грязная гроза. Во время разрядов азот в воздухе окисляется, а образованные оксиды выпадают на землю вместе с вулканическими выбросами. В результате получившиеся нитраты, фиксированный азот, должны были оставаться в почве. Однако геологических подтверждений этому до сих пор не находили.
Группа французских геологов решила найти залежи нитратов в вулканических отложениях после крупных извержений неогена (1,65-23,5 миллиона лет назад) в засушливых регионах. Исследователи собрали образцы вулканической тефры и пирокластических потоков в Перу и Турции и обнаружили в этих отложениях большое количество нитратов вместе с сульфидами и хлором, что указывает на их вулканическое происхождение. Статья об этом опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как отметили ученые, схожий состав элементов в отложениях говорит о том, что большая часть нитратов образовалась именно в результате извержения вулканов, а не в процессе дальнейшего просачивания осадков. Также это доказал дополнительный анализ других образцов более ранних извержений с итальянского острова Искья, случившихся около 75 тысяч лет назад. Как утверждают авторы, самые тонкие отложения оказались более промыты дождевой водой, чем самые толстые.
Изучив мультиизотопный состав нитратов, исследователи смогли проследить путь окисления азота и серы. Аномально большое содержание изотопа кислород-17 в образцах указало на его атмосферное происхождение, так как он наследуется от озона, продукта молниевых разрядов.
Также исследователи оценили количество фиксированного азота после вулканических молний. Учитывая плотность и объем каждого слоя отложений вместе со средней концентрацией нитратов, они рассчитали, что в среднем за девять вулканических событий могло образоваться примерно 60 тераграммов азота — 60 миллионов тонн. Здесь стоит напомнить, что до появления жизни на Земле основные пути фиксации азота наших дней (с помощью микроорганизмов) были исключены. Между тем для возникновения жизни нашего типа азот необходим абсолютно. Следовательно, роль вулканических молний в этом процессе могла быть ключевой.
Авторы исследования считают, что массивные вулканические извержения и молнии могли внести большой локальный вклад в зарождение жизни на ранней Земле. Также, по их мнению, вулканические молнии потенциально имели отношение к преобразованию минерального фосфора в биологически полезные формы.