Извержения вулканов вызвали первые всплески кислорода в атмосфере Земли
Извержения вулканов стимулировали рост численности морских микроорганизмов, создавая первые выбросы кислорода в атмосферу, показал новый анализ горных пород возрастом 2,5 миллиарда лет из Австралии в исследовании, опубликованном 17 августа в журнале PNAS.
В первые дни на Земле не было кислорода в атмосфере, и было мало форм жизни, дышащих кислородом. Атмосфера Земли стала постоянно насыщенной кислородом около 2,4 миллиарда лет назад, после взрыва форм жизни, которые фотосинтезируют, превращая углекислый газ и воду в кислород.
Но в 2007 году ученые из Университета штата Аризона проанализировали породы из сланца Маунт-Макрей в Западной Австралии, сообщив о кратковременном всплеске кислорода примерно за 50–100 миллионов лет до того, как он стал постоянным элементом атмосферы. Более поздние исследования подтвердили другие, более ранние кратковременные всплески кислорода, но не смогли объяснить их подъем и падение.
В новом исследовании ученые из Мичиганского университета проанализировали те же древние породы на концентрацию и количество нейтронов в элементе ртуть, испускаемом извержениями вулканов. Крупные извержения вулканов выбрасывают газообразную ртуть в верхние слои атмосферы, где она циркулирует в течение года или двух, прежде чем опускается вместе с дождем на поверхность Земли. Новый анализ показал всплеск содержания ртути за несколько миллионов лет до временного повышения содержания кислорода.
«Конечно же, в породе под временным всплеском кислорода мы обнаружили доказательства наличия ртути, как в ее количестве, так и в изотопах, что наиболее разумно было бы объяснить извержениями вулканов в атмосферу», — сказал профессор наук о Земле и космосе университета Калифорнии Роджер Бьюик.
Там, где были вулканические выбросы, объяснили авторы, должны были быть поля лавы и вулканического пепла. И эти богатые питательными веществами породы выветрились бы под ветром и дождем, выделяя фосфор в реки, которые могли бы удобрять близлежащие прибрежные районы, позволяя цианобактериям, вырабатывающим кислород, и другим одноклеточным формам жизни процветать.
«Есть и другие питательные вещества, которые модулируют биологическую активность в короткие сроки, но фосфор является наиболее важным в длительных масштабах», — сказала Яна Мейкснерова из университета Калифорнии.
Сегодня фосфор в изобилии содержится в биологическом материале и в сельскохозяйственных удобрениях. Но в очень древние времена выветривание вулканических пород было бы основным источником этого скудного ресурса.
«Во время выветривания в архейской атмосфере свежая базальтовая порода медленно растворялась, высвобождая необходимый макроэлементный фосфор в реки. Это накормило бы микробов, которые жили в прибрежных зонах на мелководье, и вызвало бы повышение биологической продуктивности, что привело бы в качестве побочного продукта к всплеску кислорода», — сказала Мейкснерова.
Точное местоположение этих вулканов и лавовых полей неизвестно, но большие лавовые поля примерно подходящего возраста существуют в современной Индии, Канаде и других местах, отметили ученые.
«Наше исследование предполагает, что для этих кратковременных всплесков кислорода непосредственным триггером было увеличение выработки кислорода, а не снижение потребления кислорода камнями или другими неживыми процессами, — сказал Бьюик. — Это важно, потому что присутствие кислорода в атмосфере имеет фундаментальное значение — это самая большая движущая сила эволюции большой, сложной жизни».
В конечном счете, по словам ученых, исследование показывает, как геология планеты может повлиять на любую жизнь, развивающуюся на ее поверхности. Это понимание поможет идентифицировать обитаемые экзопланеты или планеты за пределами нашей солнечной системы в поисках жизни во Вселенной.
