Ученые выясняют, что сдерживало увеличение количества кислорода до Великого кислородного события, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Communications.
Кислород впервые накопился в атмосфере Земли около 2,4 миллиардов лет назад, во время Великого кислородного события. Однако существуют геологические свидетельства того, что ранние бактерии фотосинтезировали и выделяли кислород за сотни миллионов лет до этого.
Что-то сдерживало рост кислорода. Новое исследование указывает на вулканический газ как причину.
«Это исследование возрождает классическую гипотезу об эволюции кислорода в атмосфере, - сказал ведущий автор Синтаро Кадоя - научный сотрудник Университета Вашингтона в области наук о Земле и космосе. - Данные показывают, что эволюция мантии Земли могла контролировать эволюцию атмосферы Земли и, возможно, эволюцию жизни».
Многоклеточная жизнь нуждается в концентрированном снабжении кислородом, поэтому накопление кислорода является ключом к эволюции дышащей кислородом жизни на Земле.
«Если изменения в мантии контролируют атмосферный кислород, как предполагает это исследование, мантия может в конечном итоге задавать темп эволюции жизни», - сказал Кадоя.
Новая работа основана на статье 2019 года, в которой говорится, что ранняя Земная мантия была гораздо менее окисленной или содержала больше веществ, способных реагировать с кислородом, чем современная мантия. Это исследование древних вулканических пород возрастом до 3,55 миллиардов лет было собрано на участках, которые включали Южную Африку и Канаду.
Роберт Никлас из Института океанографии Скриппса, Игорь Пухтель из Университета Мэриленда и Ариэль Анбар из Университета штата Аризона являются одними из авторов исследования 2019 года. Они также являются соавторами новой статьи, изучавшими, как изменения в мантии повлияли на вулканические газы, которые вышли на поверхность.
Архейский Эон (один из четырёх эонов истории Земли, охватывающий время от 4,0 до 2,5 млрд лет назад; самый древний этап жизни Земли), когда на Земле была распространена только микробная жизнь, был более вулканически активным периодом, чем современный этап. Извержения вулканов питаются магмой - смесью расплавленной и полурасплавленной породы - а также газами, которые выделяются даже тогда, когда вулкан не извергается.
Некоторые из этих газов реагируют с кислородом или окисляются, образуя другие соединения. Это происходит потому, что кислород стремится к электронам, поэтому любой атом с одним или двумя свободно удерживаемыми электронами реагирует с ним. Например, водород, выделяемый вулканом, соединяется с любым свободным кислородом, удаляя этот кислород из атмосферы.
Химический состав мантии Земли, или более мягкого слоя породы под земной корой, в конечном итоге контролирует типы расплавленной породы и газов, поступающих из вулканов. Менее окисленная ранняя мантия будет производить больше газов, таких как водород, которые соединяются со свободным кислородом. Исследование 2019 года показывает, что мантия постепенно окисляется с 3,5 миллиардов лет назад до сегодняшнего дня.
Новое исследование объединяет эти данные с данными древних осадочных пород, чтобы показать переломный момент, наступивший 2,5 миллиарда лет назад, когда кислород, производимый микробами, преодолел свои потери в вулканических газах и начал накапливаться в атмосфере.
«По сути, запас окисляемых вулканических газов способен поглощать фотосинтетический кислород в течение сотен миллионов лет после развития фотосинтеза, - сказал соавтор Дэвид Кэтлинг - профессор Университета Вашингтона в области наук о Земле и космосе. - Но поскольку сама мантия стала более окисляемой, выделялось меньше вступающих в реакцию с кислородом вулканических газов. Затем кислород затопил воздух, когда вулканического газа больше не было достаточно, чтобы препятствовать этому».
Это имеет значение для понимания возникновения сложной жизни на Земле и возможности жизни на других планетах.
«Исследование показывает, что мы не можем исключить мантию
планеты при рассмотрении эволюции поверхности и жизни планеты», -
сказал Кадоя.
[Фото: eurekalert.org]
