Американские исследователи применили передовую методику для определения того, как атмосфера Земли обогатилась кислородом миллиарды лет назад.
Исследование опубликовано в журнале Science. На протяжении большей части своей истории Земля являлась средой обитания только для микроорганизмов. Многоклеточная жизнь, согласно различным оценкам, возникла на планете от 2,1 до 1,9 миллиарда лет назад. Наиболее интенсивное развитие многоклеточных организмов приходится на период около 600 миллионов лет назад, в позднем докембрии. В этот период появилось значительное разнообразие многоклеточных форм жизни, известных как вендская фауна. Важную роль в этом процессе, среди прочего, сыграл кислород.
Предложено несколько гипотез, объясняющих его возникновение в земной атмосфере. Наиболее распространенная из них утверждает, что основным источником молекулярного кислорода является биосфера, фотосинтез осуществляется организмами, способными к фотосинтезу. Кислородный фотосинтез появился у цианобактерий в период от 2,7 до 2,8 миллиарда лет назад. Благодаря этому, в течение миллионов лет эти микроорганизмы обогатили атмосферу кислородом.
Однако американские ученые полагают, что значительную роль в этом сыграли и другие факторы. Ученые из Чикагского и Калифорнийского университетов тщательно реконструировали последовательность событий на древней Земле и провели анализ очень старых пород, состав которых меняется в зависимости от условий окружающей среды.
До того, как атмосфера Земли насытилась кислородом (событие, известное как Кислородная катастрофа, произошедшее около 2,45 миллиарда лет назад), ученые зафиксировали кратковременные периоды незначительного повышения концентрации кислорода».
Древние океаны характеризовались высоким содержанием железа, что, как предполагается, затрудняло повышение концентрации свободного кислорода в атмосфере. Вместе с тем, некоторая доля океанического железа взаимодействовала с соединениями серы, выделяемыми вулканами, с образованием пирита, известного также как «золото дураков». Данный процесс сопровождается выделением кислорода. Ученые не могли предсказать, какая из реакций окажется более значимой.
Для определения этого исследователи применили современное оборудование и инновационный способ измерения незначительных изменений в изотопах железа. Это позволило ученым установить, что даже при наличии океанов, богатых железом, определенные условия могли приводить к образованию достаточного количества пирита, а, как следствие, и кислорода, который мог высвобождаться в атмосферу. Данное открытие не только позволяет глубже понять историю Земли, но и дает представление о механизмах формирования кислородной оболочки на экзопланетах, что, в свою очередь, может помочь в поиске признаков жизни на них.