Образец древнего кислорода, извлеченный из отложений испаряющегося озера возрастом 1,4 миллиарда лет в Онтарио, дает новое свидетельство того, какими были атмосфера и биосфера Земли в период, предшествовавший возникновению жизни животных..
Выводы, опубликованные в журнале Nature, представляют собой самое старое измерение изотопов атмосферного кислорода почти за миллиард лет. Результаты подтверждают предыдущее исследование, предполагающее, что уровень кислорода в воздухе в то время в истории Земли был ничтожной долей того, что он есть сегодня, из-за гораздо менее продуктивной биосферы.
«На протяжении многих десятилетий предполагалось, что состав атмосферы значительно менялся с течением времени», - говорит Питер Крокфорд, который руководил исследованием в качестве аспиранта в Университете Макгилла. «Мы предоставляем недвусмысленные доказательства того, что 1,4 миллиарда лет назад все было совсем иначе».
Исследование дает самый старый показатель того, что ученые Земли называют «первичным производством», когда микроорганизмы в основе пищевой цепи - водоросли, цианобактерии и им подобные - производят органические вещества из углерода. диоксида и вылить кислород в воздух.
Меньшая биосфера
«Это исследование показывает, что первичная продукция 1,4 миллиарда лет назад была намного меньше, чем сегодня», - говорит старший соавтор Босуэлл Винг, который помогал контролировать работу Крокфорда в McGill.«Это означает, что размер глобальной биосферы должен был быть меньше, и, вероятно, она просто не давала достаточно пищи - органического углерода - для поддержания множества сложных макроскопических форм жизни», - говорит Винг, ныне доцент геологических наук в университете. Колорадо в Боулдере.
Чтобы сделать эти выводы, Крокфорд объединился с коллегами из Йельского университета, Калифорнийского университета в Риверсайде и Университета Лейкхед в Тандер-Бей, Онтарио, которые собрали нетронутые образцы древних солей, известных как сульфаты, найденные в осадочная горная порода к северу от Верхнего озера. Крокфорд доставил образцы в Университет штата Луизиана, где тесно сотрудничал с соавторами Хуимингом Бао, Джастином Хейлсом и Юнбо Пэном, чья лаборатория является одной из немногих в мире, использующих специализированный метод масс-спектрометрии, способный исследовать такие материалы на наличие редкие изотопы кислорода в сульфатах.
Работа также проливает новый свет на отрезок истории Земли, известный как «скучный миллиард», потому что он не привел к заметным биологическим или экологическим изменениям.
«Пониженная первичная продуктивность в середине протерозойской эры - примерно от 2 до 800 миллионов лет назад - предполагалась уже давно, но не было получено достоверных данных, подтверждающих эту идею», - отмечает Гален Халверсон. соавтор исследования и адъюнкт-профессор наук о Земле и планетах в McGill. «Это оставило открытой возможность того, что существовало другое объяснение того, почему средний протерозойский океан был таким неинтересным с точки зрения производства и отложений органического углерода». Данные Крокфорда «предоставляют прямое свидетельство того, что этот скучный углеродный цикл был вызван низкой первичной продуктивностью».
Подсказки экзопланеты
Выводы также могут помочь астрономам в поиске жизни за пределами нашей Солнечной системы.
«На протяжении большей части истории Земли наша планета была населена микробами, и, прогнозируя будущее, они, вероятно, будут управлять планетой еще долго после того, как нас не станет», - говорит Крокфорд, ныне занимающий постдокторскую степень в Принстонском университете. Израильский институт науки имени Вейцмана.«Понимание окружающей среды, которую они формируют, не только информирует нас о нашем собственном прошлом и о том, как мы сюда попали, но также дает подсказки к тому, что мы можем найти, если обнаружим обитаемую экзопланету».