В атмосфере примерно 21 процент кислорода, без которого жизнь на планете невозможна. Однако миллиарды лет назад кислорода там практически не было — основным компонентом был углекислый газ. Ученые давно пытаются понять, как именно возник кислородный слой, давший толчок развитию сложных организмов. Исследователи из Японии пришли к выводу, что важную роль сыграла масштабная вулканическая активность, запустившая цепь событий, создавших условия для появления кислорода.
Ученые считают, что атмосфера Земли постепенно наполнялась кислородом. в позднем архееПочти два с половиной миллиарда лет назад в результате быстрого роста числа фотосинтезирующих микроорганизмов произошло событие, связанное с благоприятными условиями и отсутствием конкуренции. кислородной катастрофойДругим путём была фаза великого окисления, которая сопровождала глобальное изменение состава атмосферы: появилась свобода кислорода, и это повлияло на природу самой атмосферы — переходя из восстановительной в окислительную.
Первые фотосинтезирующие организмы — цианобактерии Сине-зеленые водоросли превращали углекислый газ в кислород и выпускали его в атмосферу. До этого кислорода там практически не было, и большая часть живых существ была… анаэробными Без потребности в кислороде эти микроорганизмы существовали до тех пор, пока его не стало больше.
Предшествующие исследования предполагают, что перед кислородной катастрофой атмосферный уровень кислорода периодически увеличивался. «всплески» Цианобактерии появились за многие миллионы лет до начала Великого окисления. Почему же переход к кислородной атмосфере занял столько времени?
Группа учёных из Японии во главе с Эйити Тадзики… Eiichi TajikaВ. Мацумото, заведующий кафедрой наук о Земле Токийского университета, выдвинул гипотезу об объяснении «всплесков» и предшествующих насыщению атмосферы кислородом событий. По мнению исследователей, вулканическая активность могла подготовить почву для появления кислородной атмосферы. Об этом сказано в статье. опубликованной в журнале Communications Earth & Environment.
Активность организмов в океане оказала существенное влияние на развитие атмосферного кислорода. Однако даже самым старательным работникам необходимы инструменты и материалы. Недостаток «инструментов» — питательных веществ, например фосфатов, был катастрофичным для цианобактерий. Без этих элементов организмы не могли работать с полной мощностью, чтобы насытить атмосферу кислородом. Образовывался замкнутый круг: цианобактерии готовы были производить кислород, но им нечем питаться. Модели показывают, что разорвать этот круг помогли глобальные геологические изменения — рост континентов и мощные вулканические извержения. объяснил Тадзика.
Численное моделирование помогло исследователям проследить биологические, геологические и химические преобразования позднего архейского эона (3,0–2,5 млрд лет назад).
Три миллиарда лет назад Земля могла находиться под воздействием масштабной вулканической активности. Извержения насыщали атмосферу углекислым газом, что способствовало разогреву климата. Усиленный выветривание горных пород на молодых континентах привело к вымыванию фосфатов и других элементов реками в океан. Организмы получили ресурсы для взрывного размножения. Кислород начал накапливаться в воздухе, хотя на первом этапе это было временно.
Авторы новой научной работы считают, что кислород не накапливался плавно: уровень его скачкообразно рос во время вулканической активности и падал при затихании извержений. Эти колебания отразились в геологической летописи — слоях пород с аномальным содержанием элементов, реагирующих на кислород.
«Всплески» вызваны нерегулярным поступлением питательных веществ в океан. Фотосинтезирующие бактерии могли быстро размножаться, но затем запасы необходимых им веществ иссякали, а уровень кислорода снова снижался.
Изучение команды Тадзики поможет лучше понять формирование современной атмосферы Земли. Ученые предполагают, что путь к кислородной среде был многоступенчатым и сложным. Вулканическая активность меняла климат и создавала условия для появления фотосинтезирующих организмов. Благодаря этим процессам планета стала пригодной для жизни в современном виде. Без вулканической активности, считают авторы, Земля могла бы остаться безжизненной пустыней еще миллиарды лет.