Ученые предположили как Земля получила свое «кислородное одеяло»

Ученые получили новую информацию о роли океанического железа в образовании атмосферы Земли, об этом сообщает в статье 23 октября журнал Science.

Наиболее вероятный возраст Земли составляет около 4,54 миллиардов лет. На протяжении большей части ее существования Земля была бесплодной и негостеприимной планетой, только когда мир приобрел «кислородное одеяло», многоклеточная жизнь действительно могла зародиться. Ученые все еще пытаются понять, как и почему на нашей планете появилась эта прекрасная, насыщенная кислородом, атмосфера.

«Если задуматься, это самое важное изменение, которое наша планета испытала за время своей жизни, и мы до сих пор не знаем, как именно это произошло», — сказал Николас Дауфас, профессор геофизических наук в Чикагском университете.«Любой прогресс, которого вы можете добиться в ответе на этот вопрос, действительно важен», — добавил он.

В новом исследовании аспирант Калифорнийского университета Энди Херд, Дауфас и их коллеги использовали новый метод, для получения информации о роли океанического железа в образовании атмосферы Земли. Полученные данные значительно больше приоткрывают завесу тайны истории Земли и вполне возможно могут пролить свет на поиск пригодных для жизни планет в других звездных системах.

Эксперимент основывался на том, что ученые кропотливо воссоздали временную шкалу древней Земли, анализируя очень древние породы. Возраст Земли, как уже говорилось, сейчас оценивают в 4,5–4,6 млрд лет. Этот возраст расчетный, так как никаких пород от тех времен не сохранилось (или неизвестно, где и как их искать). Древнейшие найденные породы имеют возраст 4,03 млрд лет (северо-западные территории Канады) и 4,27 млрд лет (в Западной Австралии). Для расчетов возраста этих пород обычно используют радиоизотопный метод датирования по цирконовым гранулам. Химический состав этих пород изменяется в зависимости от условий, в которых они образовались.

«Интересно то, что до постоянного великого события — насыщения атмосферы кислородом, которое произошло 2,4 миллиарда лет назад, вы видите на временной шкале доказательства этих дразнящих маленьких всплесков кислорода, где, похоже, Земля пыталась подготовить почву для этой атмосферы.», — сказал Херд, первый автор статьи. «Но существующие методы не были достаточно точными, чтобы извлечь нужную нам информацию», — отметил он.

Как мы знаем, если вокруг есть вода, кислород и железо образуют ржавчину. «Раньше океаны были полны железа, которое могло поглотить любой свободный кислород, который оставался поблизости», — сказал Херд. Теоретически образование ржавчины должно потреблять избыток кислорода, не оставляя его для образования атмосферы.

Херд и Дауфас хотели проверить способ и объяснить, как мог накапливаться кислород, несмотря на эту очевидную проблему: они знали, что часть железа в океанах на самом деле соединяется с серой, которая выходит на поверхность из вулканов, с образованием пирита (золото дураков). Этот процесс фактически выделяет кислород в атмосферу. Вопрос был в том, какой из этих процессов «выиграет».

Чтобы проверить это, Херд использовал современное оборудование, чтобы разработать новый строгий метод измерения маленьких вариаций изотопов железа, чтобы выяснить, по какому пути прошло железо. Сотрудничая с мировыми экспертами из Эдинбургского университета, он также должен был более полно понять, как работает путь от железа к пириту. Затем ученые использовали этот метод для анализа горных пород возрастом от 2,6 до 2,3 миллиарда лет из Австралии и Южной Африки.

Их анализ показал, что даже в океанах, которые должны были унести много кислорода в ржавчину, определенные условия могли способствовать образованию достаточного количества пирита, чтобы позволить кислороду выйти из воды и потенциально образовать атмосферу.

«Прогресс в решении такой огромной проблемы действительно ценен для сообщества», — сказал Херд. «Тем более, что мы начинаем искать экзопланеты, нам действительно нужно понимать каждую деталь о том, как наша собственная Земля стала пригодной для жизни».

В то время, как телескопы исследуют небо в поисках других планет и находят тысячи, ученым будет необходимо сузить круг вопросов, чтобы исследовать их в поисках потенциальной жизни. Узнав больше о том, как Земля стала обитаемой, они смогут искать доказательства аналогичных процессов на других планетах.