Выветривание горных пород спровоцировало кислородную катастрофу — ученые
Великому кислородному событию, произошедшему на Земле около 2,4 млрд лет назад, могло способствовать выветривание горных пород, выяснили ученые в новом исследовании, 19 января сообщает Phys.org.
В самом начале протерозоя в атмосфере Земли произошла кислородная катастрофа, или как ее еще называют Великое кислородное событие. После него количество молекулярного кислорода стало увеличиваться в изобилии, что в конечном итоге сделало возможной жизнь, подобную нашей.
На протяжении десятилетий исследователи пытались понять, почему и как произошла кислородная катастрофа.
Молекулярный кислород вырабатывается растениями и фотосинтезирующими микробами, но молекулярный кислород также потребляется организмами и при окислении железа, серы, углерода и других элементов в горных породах. Молекулярный кислород также может потребляться в результате реакции с восстановленными газами, такими как водород, который может образовываться при выветривании горных пород.
Ученые, изучающие раннюю Землю, выдвинули гипотезу, что потребление кислорода, возможно, было более быстрым, чем производство кислорода путем фотосинтеза, поэтому кислород не мог накапливаться в атмосфере. Для наступления кислородной катастрофы в соответствии с этой гипотезой, потребление кислорода должно было со временем замедлиться, чтобы кислород мог накапливаться в атмосфере.
Учитывая это, ученые Аризонского государственного университета (ASU) решили определить, какие процессы могли замедлять потребление кислорода на ранней Земле, чтобы увеличить его количество.
«Мы знаем, что это, вероятно, не биологическое потребление, которое неплохо справляется с производством кислорода за счет фотосинтеза, — сказал профессор ASU Эверетт Шок. — Поэтому мы подумали, что, возможно, скорость, с которой кислород расходовался при выветривании горных пород, вызвала это изменение».
Ученые сосредоточили свою работу на выветривании породы, известной как «ультрамафит», магматической породы, богатой магнием и железом, с низким содержанием кремнезема.
Ультраосновные породы составляют большую часть верхней мантии Земли, где они образовались при высоких температурах. Когда эти породы поднимаются на поверхность и вступают в контакт с водой, безводные минералы, из которых состоят эти породы, превращаются в минералы, содержащие воду.
Этот процесс называется серпентинизацией, в честь основного заменяющего минерала — серпентина. Этот процесс также превращает реагирующие грунтовые воды в сильно щелочную воду с повышенным содержанием газа, в частности, водорода.
Для своего анализа ученые провели компьютерное моделирование, чтобы предсказать потенциал генерации водорода в тысячах составов горных пород, которые были распространены на ранней Земле. Затем они смогли установить связи между составом горных пород и их способностью генерировать водород и потреблять кислород.
«Наши расчеты показывают, что многие из этих пород, особенно те, которые действительно являются ультраосновными по составу или богаты магнием, как те, что найдены сегодня в Омане, обладают очень высоким потенциалом для выработки газообразного водорода и помогают предотвратить накопление кислорода, — сказал доктор Джеймс Эндрю Леонг. — Уменьшение обилия ультраосновных пород на поверхности Земли к концу архейского эона могло способствовать Великому событию окисления».
