Ученые нашли новый источник возникновения кислорода на ранней Земле
Исследование, показавшее новый возможный путь возникновения кислорода в атмосфере Земли, которая в своей ранней истории была почти его лишена, выполнила группа ученых, возглавляемая профессором Хэ Хунпином из Института геохимии Гуанчжоу Китайской академии наук, сообщает 23 марта сайт новостей науки EurekAlert.
Результаты своей работы исследователи представили в статье «Минеральное происхождение исходной перекиси водорода на Земле и молекулярного кислорода», опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Источником жизни на современной Земле является кислород (O₂), но ранняя атмосфера Земли была его практически лишена. Ученые традиционно считали, что источником кислорода стала реакция расщепления воды. Однако возникли предположения, что активные формы кислорода (АФК), возможно, сыграли ключевую роль в переходе от бескислородной среды к кислородсодержащей на ранней стадии развития земной поверхности. Чтобы доказать их, необходимо было выяснить, откуда взялись АФК?
Выполненное командой исследование показало, что АФК и O₂ могут образовываться на границе раздела минерал-вода, а кислород при этом может выделяться из минералов. Этим открытием ученые опровергли мнение о том, что источником кислорода в большинстве случаев является расщепление воды.
Исследователи экспериментально доказали возникновение активных кислородсодержащих участков на разрушенном кварце и образование АФК при контакте такого кварца с водой. В качестве индикатора для отслеживания источника кислорода АФК, образующихся на границе раздела минерал-вода они использовали тяжелую воду воду (H₂¹⁸O, оксид дейтерия).
Эксперименты по изотопному мечению, проведенные ими, показали, что преобладающим путем образования Н₂О₂ стало гидроксилирование пероксирадикала (≡SiOO ); за которым следовал распад Н₂О₂ на O₂ и H₂O. Это показывает, что лишь малая часть кислорода в АФК поступает из воды.
«Этот гетерогенный химический состав для получения АФК позволяет переносить атомы кислорода между водой и горными породами и изменяет их изотопный состав», — пояснил профессор Хэ.
Исследователи считают, что эволюция от исходной коры к фельзитовой (фельзит относится к микрокристаллическим магматическим вулканическим нормально- и низкощелочным горным породам) стала решающим фактором для развития жизни на ранней Земле, приведя к многослойной совместной эволюции литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы.
«Пути переноса кислорода на границах раздела кварц — вода посредством образования и преобразования АФК являются неожиданными и новыми, поскольку ранее считалось, что изотопный обмен между водой и поверхностью минералов происходит между растворенным кремнеземом и водой», — отметил соавтор исследования профессор Марк Х. Тименс из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Наличие возможностей регистрации изотопного состава кислорода, озона и производных радикалов (например, сульфата) позволяет этому открытию сформировать новый метод для изучения различных моделей образования H₂O₂ (например, фотохимических, механохимических) на ранней Земле.
Эта реакция вызывалась механическими силами, действующими в различных геодинамических процессах. Они деформировали минералы, создавая поверхностные радикалы, выделявшие при взаимодействии с водой кислород.
«Этот вездесущий неорганический источник кислорода может быть важен также для обнаружения внеземной жизни, поскольку дает возможность высокоэнергетического аэробного дыхания и даже эволюции сложной многоклеточной жизни», — отметил профессор Хэ.
