Мільярди років тому довкілля Землі сильно відрізнялося від того, про яке ми знаємо сьогодні. По суті, споконвічна атмосфера нашої планети була токсичною для життя, як ми знаємо, складається з вуглекислого газу, азоту та інших газів. Однак в епоху палеопротерозою (2,5–1,6 мільярда років тому) відбулася кардинальна зміна, коли кисень почав надходити в атмосферу - відомий як Велика подія окислення (GOE).
До недавнього часу вчені не були впевнені, чи відбулася ця подія, яка була результатом фотосинтетичних бактерій, що змінювали атмосферу, швидко чи ні. Однак, згідно з недавнім дослідженням групи міжнародних вчених, ця подія пройшла набагато швидше, ніж вважалося раніше. Грунтуючись на нещодавно виявлених геологічних даних, команда зробила висновок, що введення кисню до нашої атмосфери було «скоріше схожим на пожежний шланг», ніж на струмочок.
Дослідження під назвою "Двохмільярдний рік евапоритів захоплює велике окислення Землі", нещодавно з'явилося в журналі Наука. Під керівництвом Клари Блаттлер, докторальної наукової роботи Департаменту геологічних наук в Прінстоні, в команду входили також члени Інституту науки з космічного синього мармуру, Карельського наукового центру, Британської геологічної служби, Геологічної служби Норвегії та багатьох університетів .
Коротше кажучи, Велика подія оксигенації відбулася приблизно 2,45 мільярда років тому на початку протерозойського еона. Вважається, що цей процес був результатом того, що ціанобактерії повільно метаболізують вуглекислий газ (СО2) і виробляють кисневий газ, який зараз складає близько 20% нашої атмосфери. Однак до недавнього часу вченим не вдалося значно поставити на заваді цьому періоду.
На щастя, команда геологів з Геологічної служби Норвегії - у співпраці з Карельським науково-дослідним центром у Петрозаводську, Росія - нещодавно відновила зразки консервованих кристалізованих солей у Росії, які відносяться до цього періоду. Їх було видобуто з 1,9 км глибиною (1,2 милі) ямою в Карелії на північному заході Росії, з буріння Онезької параметричної діри (ОПГ) на західних берегах Онезького озера.
Ці кристали солі, приблизно 2 мільярди років тому, були наслідком випаровування давньої морської води. Використовуючи ці зразки, Блаттлер та її команда змогли дізнатись про склад Світового океану та атмосфери, що існували на Землі в часи ГЕП. Для початку команда визначила, що вони містять напрочуд велику кількість сульфату, що є результатом реакції морської води з киснем.
Як розповів Айво Лепланд - науковий співробітник Геологічної служби Норвегії, фахівець з геології Талліннського технологічного університету та старший автор дослідження, - в недавньому прес-релізі Прінстона пояснили:
"Це найсильніше, що коли-небудь свідчить про те, що в древній морській воді, з якої випали ці мінерали, були високі концентрації сульфату, що сягали щонайменше 30 відсотків сучасного океанічного сульфату, як свідчать наші оцінки. Це набагато вище, ніж вважалося раніше, і потребуватиме значного переосмислення величини оксигенації земної атмосфери та океану у 2 мільярди років ».
До цього вчені не знали, скільки часу знадобиться нашій атмосфері досягти поточного балансу азоту та кисню, що важливо для життя, як ми це знаємо. В основному, думка поділялася між тим, що це щось, що відбувалося швидко, або відбувалося протягом мільйонів років. Значна частина цього пов'язана з тим, що найдавніші виявлені кам'яні солі були датовані мільярд років тому.
"Важко було перевірити ці ідеї, оскільки у нас не було доказів тієї епохи, щоб розповісти про склад атмосфери", - сказав Блаттлер. Однак, виявивши кам'яні солі, що досягли приблизно 2 мільярдів років, вчені тепер мають докази, що їм потрібно обмежувати ВОЕ. Знахідка також була дуже пощастила, враховуючи, що такі зразки кам'яних солей досить крихкі.
Зразки, використані для цього дослідження, містили галіт (який хімічно ідентичний кухонної солі або хлориду натрію), а також інші солі кальцію, магнію та калію, які з часом легко розчиняються. Однак зразок, отриманий у цьому випадку, був винятково добре збережений у глибині Землі. Як такі, вони здатні надати вченим безцінні підказки щодо того, що сталося за часів роботи УОЗ.
Забігаючи наперед, це останнє дослідження, ймовірно, призведе до появи нових моделей, які пояснюють, що сталося після того, як Європейський економічний інститут призвів до накопичення кисневого газу в нашій атмосфері. Як пояснив Джон Хіггінс, доцент геологічних наук в Прінстоні, який надав інтерпретацію геохімічного аналізу, пояснив:
«Це досить особливий клас геологічних родовищ. Було багато дискусій щодо того, чи велика подія окислення, яка пов'язана із збільшенням та зменшенням різних хімічних сигналів, є великою зміною у виробництві кисню, чи просто порогом, який був перекреслений. Суть полягає в тому, що ця стаття надає докази того, що оксигенація Землі за цей проміжок часу передбачала велику кількість кисню ... Можливо, відбулися важливі зміни циклів зворотного зв’язку на суші або в океанах, або велике збільшення виробництва кисню через мікроби, але в будь-якому випадку це було набагато драматичніше, ніж ми розуміли раніше ".
Ці моделі також можуть допомогти в полюванні за життя за межами нашої Сонячної системи. Розуміючи, що відбулося на нашій власній планеті мільярди років тому, щоб зробити її придатною для життя, ми зможемо помітити ці самі умови та процеси на інших планетах.
