Группа ученых выявила количество кислорода в атмосфере до Великого окисления - события, связанного с увеличением содержания O2 в воздухе. Это исследование не ограничивается пониманием эволюции атмосферы Земли, а призвано помочь в поиске жизни за пределами Солнечной системы.
Кислород является основой жизни на Земле. Но много лет назад, или эоны лет назад, считалось, что этот важный элемент вообще не присутствует в атмосфере Земли. Однако недавно исследовательская группа обнаружила, что, хотя след очень маленький, кислород там был. Но только после катастрофического события, известного как Великое окисление, его количество стало достаточно большим для зарождения известной нам жизни.
Атмосфера.pixabay.com
Команда ученых под руководством бывшего аспиранта Аризонского университета Алейши Джонсон, ведущего автора исследования, использовала вычислительные модели, чтобы выяснить количество кислорода, присутствовавшего в период, предшествовавший Великому окислительному событию. Исследователи использовали предыдущие знания об экологической химии молибдена, элемента, который осаждается в реках и океанах в присутствии кислорода, и о том, как минералы реагируют на небольшие количества O2.
Всегда ли в атмосфере был кислород?
Увеличение количества кислорода 2,4 миллиарда лет назад сделало жизнь возможной, но какой была атмосфера до этого? Геологи выдвинули две противоречивые гипотезы. С одной стороны, отсутствие "следов" этого элемента до Великого окисления заставило нас сделать вывод о его отсутствии. С другой стороны, недавние открытия свидетельствуют о наличии минералов и элементов, таких как молибден, которые тесно связаны с присутствием кислорода в окружающей среде до катастрофического события.
Появление кислорода.На этом изображении показан цикл производства кислорода в эпоху, предшествовавшую Великому окислению. Кислород мог образовываться в океанах и мелководных почвах. В них, рядом с микробными сообществами, отмеченными зеленым цветом, возможно, был кислород. Следовательно, накопление молибдена, осажденного в океанах, должно было предшествовать Великому окислению.
Алейша Джонсон заявляет:
Свидетельства казались противоречивыми, но мы знали, что этому есть объяснение. Эта вычислительная модель помогает нам количественно определить, сколько кислорода на самом деле необходимо для получения видимого химического состава в образцах горных пород.
Результаты, полученные в ходе этого анализа, показали присутствие настолько малого количества кислорода, что он не мог оставить никакого отпечатка, тем самым оправдав обе гипотезы, выдвинутые научным сообществом.
Что такое большое окисление?
Известное также как кислородный кризис, это событие стало одним из самых катастрофических, которые пережила Земля, хотя впоследствии оно привело к появлению жизни, которую мы знаем сегодня. Это произошло около 2,4 миллиарда лет назад, в начале протерозойского периода. Этот эон, период порядка миллиардов лет, характеризуется первым появлением на Земле сложных форм жизни. Уровень кислорода в атмосфере Земли достиг смертельного количества для анаэробных живых существ, способных выживать в отсутствие O2.
Порода.В этой породе можно наблюдать своеобразную стратификацию: красным цветом выделены богатые железом слои, которые образуются при избытке кислорода; серым - те, которые возникают в нетоксичные периоды, то есть без O2.
Производство этого элемента стало смертельно опасным за сотни миллионов лет. Механизм зародился с появлением организмов, способных к фотосинтезу, побочным продуктом которого является кислород. Это начало реагировать с окисляемыми элементами, такими как железо или известняк, медленно накапливаясь с годами и отравляя анаэробные организмы. Это было первое крупное массовое вымирание в истории Земли.
За пределами Солнечной системы
Изучение древней атмосферы Земли полезно не только для понимания причин и природы Великого окисления. Цель исследования выходит даже за пределы Солнечной системы. Изучая внесолнечные планеты, вращающиеся вокруг других звезд, мы хотим понять, являются ли богатые кислородом атмосферы редкими или распространенными. Этот шаг может помочь нам найти другие миры, где возможна жизнь.
