Кислород в форме молекулы кислорода (O2), вырабатываемый растениями и жизненно важный для животных, к счастью, в изобилии содержится в атмосфере и океанах Земли. Однако исследователи, изучающие историю O2 на Земле, знают, что его было относительно мало на протяжении большей части существования нашей планеты, которое длилось 4,6 миллиарда лет.
Так когда и где О2 начали накапливаться на Земле?
Изучая древние горные породы, исследователи установили, что где-то между 2.5 и 2,3 миллиарда лет назад Земля пережила то, что ученые называют «Великое событие окисления» или, для краткости, «GOE». O2 впервые накопилось в атмосфере Земли в это время и присутствует с тех пор.
Благодаря многочисленным исследованиям в этой области исследований, однако, появились доказательства того, что в небольших количествах O2 в небольших областях древних мелководных океанов Земли до GOE были обнаружены незначительные количества O2. А в исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Geoscience, исследовательская группа во главе с учеными из Университета штата Аризона (ASU) представила убедительные доказательства значительного насыщения океанов кислородом до GOE, в большем масштабе и на больших глубинах, чем считалось ранее.
Для этого исследования команда выбрала набор морских осадочных пород возрастом 2,5 миллиарда лет из Западной Австралии, известных как сланцы горы Макрей. «Эти породы идеально подходили для нашего исследования, потому что ранее было показано, что они отложились во время эпизода аномальной оксигенации перед Великим событием окисления», - говорит ведущий автор Чадлин Острандер из Школы исследования Земли и космоса АГУ.
Сланцы - это осадочные горные породы, которые когда-то в прошлом Земли откладывались на морском дне древних океанов. В некоторых случаях эти сланцы содержат химические отпечатки древних океанов, в которых они были отложены.
Для этого исследования Острандер растворил образцы сланца и отделил интересующие элементы в чистой лаборатории, а затем измерил изотопный состав на масс-спектрометре. Этот процесс был завершен с помощью соавторов Суне Нильсена из Океанографического института Вудс-Хоул (Массачусетс); Джереми Оуэнс из Университета штата Флорида; Брайан Кендалл из Университета Ватерлоо (Онтарио, Канада); ученые Гвинет Гордон и Стивен Романьелло из Школы исследования Земли и космоса АГУ; и Ариэль Анбар из Школы исследования Земли и космоса и Школы молекулярных наук АГУ. Сбор данных занял более года, и для этого использовались возможности Океанографического института Вудс-Хоул, Университета штата Флорида и ASU.
Используя масс-спектрометры, команда измерила изотопный состав таллия и молибдена на горе. Макрей Шейл. Это был первый раз, когда обе изотопные системы были измерены в одном и том же наборе образцов сланца. Как и предполагалось, появилась предсказуемая структура изотопов таллия и молибдена, указывающая на то, что минералы оксида марганца были захоронены на морском дне над большими районами древнего океана. Чтобы это захоронение произошло, O2 должен был присутствовать на всем пути вниз до морского дна 2,5 миллиарда лет назад.
Эти результаты улучшают понимание учеными истории оксигенации океана Земли. Накопление O2, вероятно, не ограничивалось небольшими участками поверхности океана до GOE. Скорее всего, скопление O2 распространялось на обширные районы океана и простиралось далеко в его глубины. В некоторых из этих областей скопление O2, по-видимому, даже распространилось вплоть до морского дна.
«Наше открытие заставляет нас переосмыслить первоначальное насыщение Земли кислородом», - заявляет Острандер.«Многие свидетельства указывают на то, что O2 начал накапливаться в атмосфере Земли примерно 2,5 миллиарда лет назад во время GOE. O2, вероятно, накапливались в земных океанах - согласно нашим данным, в значительном количестве - задолго до того, как это произошло в атмосфере».
«Теперь, когда мы знаем, когда и где начал накапливаться O2, возникает следующий вопрос: почему», - говорит профессор и соавтор Анбар, президент ASU. «Мы думаем, что бактерии, производящие O2, процветали в океанах задолго до того, как O2 начали накапливаться в атмосфере. Что изменилось, чтобы вызвать это наращивание? Это то, над чем мы работаем дальше.