Тайна кислорода: как атмосфера Земли стала пригодной для дыхания

Фото: Аi

Международная группа ученых установила, как атмосфера Земли превратилась из бескислородной газовой смеси в питательный воздух, что позволило возникнуть сложным организмам, для которых кислород жизненно необходим.

Исследование, проведенное под руководством Чэндусского университета технологий (Китай) в сотрудничестве с Университетом Западной Австралии, опубликовано в авторитетном научном журнале Nature.

Впервые исследователи воспроизвели хронологию того, как наша планета получила атмосферу, насыщенную кислородом, являющейся сегодня основой для существования большинства форм жизни. Это открытие дает уникальную информацию о важнейших событиях в истории Земли, которые привели к формированию современного мира.

Что было до появления кислорода

Прежде чем атмосфера Земли стала богата кислородом, она была совершенно другой. В первые миллиарды лет истории нашей планеты в воздухе и океанах доминировали газы, вредные для современной жизни, в частности метан и сероводород. Появившиеся на ранней стадии фотосинтезирующие микроорганизмы уже производили кислород, однако он быстро поглощался, реагируя с породами и минералами. Это была эпоха, когда Земля была домом только для анаэробных микробов, не нуждавшихся в кислороде для выживания.

Чтобы отследить этот медленный, но фундаментальный процесс, ученые проанализировали сохранившиеся в древних сульфатных минералах высокоточные записи изотопов кислорода. Эти изотопы как своеобразные «отпечатки пальцев» в камне позволили исследователям реконструировать динамическое взаимодействие между атмосферой и океанами в течение миллиардов лет.

Ученые предполагали, что уровень кислорода на Земле рос поэтапно, но точное время и связь с химическим составом океана и биологической эволюцией были дискуссионными. Рост кислорода в атмосфере Земли имеет фундаментальное значение для возникновения сложной жизни, дышащей кислородом, для пригодности планеты к жизни и создания жизненно важных природных ресурсов», — пояснил один из авторов исследования, доктор Мэтью Додд из Школы наук о Земле Университета Западной Австралии.

Три этапа насыщения кислородом

Систематически исследовав образцы изотопов кислорода, команда ученых создала самую полную на сегодняшний день реконструкцию эволюции кислорода за последние три миллиарда лет. Результаты выявили три основных эпизода роста атмосферного кислорода, кардинально изменивших вид планеты:

• Палеопротерозойская эра (2,5-1,6 млрд лет назад): Этот период включает так называемую «Кислородную катастрофу», когда уровень кислорода начал расти. Это привело к массовому вымиранию анаэробных организмов, но в то же время проложило путь для появления аэробной жизни.
• Неопротерозойская эра (1 млрд — 538,8 млн лет назад): За этим этапом следовало временное падение уровня кислорода, после которого последовал новый, значительный скачок. Это насыщение кислородом, начавшееся после серии глобальных оледенений, способствовало появлению сложных многоклеточных организмов.
• Палеозойская эра (538,8 - 252 млн лет назад): Этот период, известный как "Кембрийский взрыв", ознаменовался резким ростом разнообразия животных. Более высокий уровень кислорода позволил животным вырасти до больших размеров и развить более сложные формы жизни.

Исследование показало, что примерно 410 миллионов лет назад уровень кислорода в атмосфере Земли достиг стабильных, похожих на современные значений.

Кислородные импульсы в океанах

Одним из ключевых выводов исследования является то, что после неопротерозойского роста кислорода в атмосфере, океаны, до этого почти лишенные кислорода, начали переживать периодические импульсы окисления. Эти события, происходившие в течение сотен миллионов лет, привели к синхронизированным сдвигам в записях изотопов углерода, серы и кислорода, что свидетельствует о том, что рост атмосферного кислорода неоднократно влечет за собой временное окисление океанов.

"Результаты исследования обеспечивают экологическую основу для понимания происхождения и эволюции жизни на Земле, а также для образования минеральных и нефтяных месторождений", - подытожил доктор Додд.

Это новое понимание прошлого нашей планеты позволяет лучше понять, как жизнь приспосабливается к глобальным изменениям, и предлагает важные подсказки для поиска жизни на других планетах.

Карпова Рада
Журналист AOinform