Ученые давно задавались вопросом, как атмосфера Земли наполняется кислородом. Геолог из Университета Британской Колумбии Маттейс Смит и его партнер по исследованиям Клаус Мезгер, возможно, нашли ответ в континентальных породах, возраст которых составляет миллиарды лет.
"Оксигенация ждала, чтобы случиться", сказал Смит. «Возможно, все, что ему было нужно, это чтобы континенты созрели».
Ранняя атмосфера и океаны Земли были лишены свободного кислорода, хотя крошечные цианобактерии производили газ как побочный продукт фотосинтеза. Свободный кислород - это кислород, который не связан с другими элементами, такими как углерод или азот, и аэробным организмам он необходим для жизни. Изменение произошло около трех миллиардов лет назад, когда в океанах стали появляться небольшие области, содержащие свободный кислород. Затем, примерно 2,4 миллиарда лет назад, содержание кислорода в атмосфере внезапно увеличилось примерно в 10 000 раз всего за 200 миллионов лет. Этот период, известный как Великое событие окисления, полностью изменил химические реакции на поверхности Земли.
Смит, профессор кафедры наук о Земле, океане и атмосфере UBC, и его коллега, профессор Клаус Мезгер из Бернского университета, знали, что состав континентов также изменился в этот период. Они решили найти связь, внимательно изучив записи с подробным описанием геохимии сланцев и магматических пород со всего мира - более 48 000 горных пород, возраст которых составляет миллиарды лет.
«Оказалось, что ошеломляющие изменения произошли в составе континентов в то же самое время, когда в океанах начал накапливаться свободный кислород», - сказал Смит.
До оксигенации континенты состояли из горных пород, богатых магнием и с низким содержанием кремнезема - подобно тому, что сегодня можно найти в таких местах, как Исландия и Фарерские острова. Но что еще более важно, эти породы содержали минерал под названием оливин. Когда оливин вступает в контакт с водой, он инициирует химические реакции, которые потребляют кислород и блокируют его. Вероятно, именно это произошло с кислородом, вырабатываемым цианобактериями в начале истории Земли.
Однако по мере того, как континентальная кора эволюционировала до состава, более похожего на сегодняшний, оливин практически исчез. Без того, чтобы этот минерал вступал в реакцию с водой и потреблял кислород, газу, наконец, позволили накопиться. Со временем океаны стали насыщенными, и кислород попал в атмосферу.
«Похоже, это действительно стало отправной точкой для диверсификации жизни, какой мы ее знаем», - сказал Смит. «После этого изменения Земля стала гораздо более пригодной для жизни и пригодной для эволюции сложной жизни, но для этого нужен был какой-то пусковой механизм, и это то, что мы, возможно, нашли."
Что же послужило причиной изменения состава континентов, является предметом продолжающихся исследований. Смит отмечает, что современная тектоника плит началась примерно в то же время, и многие ученые предполагают, что существует связь.
Смит и Мезгер опубликовали свои выводы сегодня в журнале Nature Geoscience. Исследование финансировалось Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям.