Для кислородной катастрофы на Земле предложили новое объяснение

Исследование ученых из Университета Райса предлагает новую теорию, которая поможет объяснить кислородную катастрофу — появление значительных концентраций кислорода в атмосфере Земли около 2,45 миллиарда лет назад, приведшее к радикальному изменению атмосферы и биосферы нашей планеты. Статья исследователей опубликована в журнале Nature Geoscience.

«Наше исследование не просто пытается объяснить повышение уровней кислорода, — говорит ведущий автор исследования Джеймс Эгучи, постдокторант Калифорнийского университете в Риверсайде. — Оно также пытается объяснить некоторые тесно связанные с поверхностной геохимией изменения в составе изотопов углерода, которые наблюдаются в породе через относительно небольшое время после кислородной катастрофы. Мы пытаемся объяснить все эти факты с помощью одного механизма, в который вовлечены глубокие недра Земли, тектоника и усиленное выделение углекислого газа из вулканов».

На протяжении довольно долгого времени считается, что ключевую роль в повышении концентраций кислорода в атмосфере древней Земли играл фотосинтез. Авторы новой работы не исключают, что цианобактерии, производившие кислород посредством фотосинтеза, действительно повлияли на рост количества кислорода в атмосфере. Но вопрос нового исследования был в том, действительно ли увеличение активности этих микроорганизмов совпадает с кислородной катастрофой. Оказалось, что нет.

К моменту кислородной катастрофы цианобактерии населяли Землю уже целых 500 миллионов лет. Учеными было выдвинуто несколько теорий, объясняющих, как за подобный срок они смогли перенасытить атмосферу кислородом. Однако ни одна из них не может объяснить изменение соотношения изотопов углерода в карбонатных минералах, которое началось примерно через 100 миллионов лет после катастрофы. Геологи называют это «событием Ломагунди». Длилось оно несколько сотен миллионов лет.

Один из ста атомов углерода — это изотоп углерод-13, а остальные 99 — углерод-12. Это соотношение в карбонатах хорошо подтверждено сотнями исследователей. Причем оно остается одинаковым как до, так и после события Ломагунди. А вот во время него уровень углерода-13 оказывается выше на 10%, что не укладывается ни в какие теории.

В ходе своего исследования ученые разработали сценарий, который может объяснить и аномальное повышение уровней изотопа углерода, и рост количества кислорода в атмосфере. Согласно ему, на первом этапе резкое увеличение тектонической активности привело к образованию сотен вулканов, извергающих в атмосферу углекислый газ. Затем климат потеплел, увеличились осадки, что усилило выветривание скальных пород на континентах Земли.

Выветривание, в свою очередь, породило богатый минералами сток, который хлынул в океаны, вызвав рост численности как цианобактерий, так и карбонатов. Органический и неорганический углерод в них оказался на морском дне и в конечном итоге был возвращен обратно в мантию Земли в зонах субдукции, где океанические плиты уходят под континенты.

Когда осадочные породы перемещались в мантию, неорганический углерод, содержащийся в карбонатах, как правило, высвобождался рано, возвращаясь в атмосферу через вулканы непосредственно над зонами субдукции. Органический углерод, который содержал очень мало углерода-13, был втянут глубоко в мантию и появился сотни миллионов лет спустя в виде углекислого газа из вулканических горячих точек — таких как гавайская или йеллоустоунская.

«Мы действительно считаем, что количество цианобактерий увеличилось около 2,4 миллиарда лет назад. Так что это привело к увеличению количества кислорода. Но рост численности цианобактерий уравновешивается повышением количества карбонатов, — отмечает Эгучи. — Соотношение углерода-12 к углероду-13 не изменится до тех пор, пока и карбонаты, и органический углерод из цианобактерий не проникнут глубоко в землю. Когда это происходит, в игру вступает геохимия, заставляя эти две формы углерода пребывать в мантии в течение различных периодов времени. Карбонаты гораздо легче высвобождаются в магмах и возвращаются на поверхность через очень небольшое время. Событие Ломагунди начинается, когда первый углерод, обогащенный тринадцатым изотопом, возвращается на поверхность, и заканчивается, когда органический углерод, обогащенный двенадцатым, поднимается намного позже, восстанавливая соотношение между изотопами».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.