Кислород, жизненно важный газ для существования сложных организмов, составляет приблизительно пятую часть атмосферы Земли. До недавнего времени считалось, что его главным и почти исключительным источником являются живые организмы, такие как фотосинтезирующие растения и бактерии. Однако, возможно, ученым потребуется скорректировать эту точку зрения.
Первые фотосинтезирующие организмы, цианобактерии, первые одноклеточные организмы появились на Земле примерно три с половиной миллиарда лет назад. Ранее считалось, что живые организмы были основным источником свободного кислорода. Этот газ на протяжении почти трех миллиардов лет не накапливался в атмосфере, а поглощался земными породами и морской водой.
Недавние исследования показали, что, по меньшей мере, часть раннего кислорода имела иное происхождение. Предполагается, что кислород мог выделяться в атмосферу из недр Земли, в результате геологических процессов и деформаций земной коры.
В настоящее время плиты земной коры находятся в постоянном движении зонах субдукции одни плиты погружаются под другие. Но ученые до сих пор ведут споры, наблюдалась ли такая же картина миллиарды лет назад. Если да, то особый интерес представляет формирование окисленных магм, в процессе их формирования задействованы окисленные донные отложения и холодная морская вода. Эти магмы характеризуются повышенным содержанием воды и кислорода, которые на протяжении длительного времени остаются «заключенными» под поверхностью Земли.
Международная группа ученых решила провести исследование на предмет наличия признаков окисления в образцах неоархея гранитоидных породах, собранных на территории Канады. Для большей точности ученые изучали состав цирконовых кристаллов, заключенных в этих породах: они наиболее устойчивы к воздействиям окружающей среды и помогают уточнить условия формирования породы, а также ее возраст.
Приблизительно 2,75 миллиарда лет назад в этих породах зафиксировано увеличение концентрации окисленной серы, вероятно, поступившей из среды, богатой кислородом. Учитывая, что гранитоидные породы образовались в результате магматических процессов, можно сделать вывод о формировании окисленных магм под корой Земли неоархейского периода, а также о возможном выбросе кислорода в атмосферу во время вулканических извержений.
Несмотря на то, что океаны содержали незначительное количество кислорода, ученые до сих пор не выяснили, каким образом он попадал в земную магму в те древние времена. Возможно, в ходе субдукции океаническая вода проникала вглубь планеты, где ее молекулы распадались на водород и свободный кислород, который, в свою очередь, окислял вышележащие слои магмы.
Уникальность Земли, как единственной планеты в Солнечной системе с наблюдаемой тектоникой плит, может пролить свет на проблему недостатка кислорода, не только на других планетах, обращающихся вокруг Солнца, но и в других частях Вселенной.
Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.