Уровни кислорода на Земле поднимались и падали более одного раза за сотни миллионов лет до общепланетарного успеха Великого события окисления около 2,4 миллиарда лет назад, как показывает новое исследование Вашингтонского университета.
Доказательства исходят из нового исследования, которое указывает на второе и гораздо более раннее «дуновение» кислорода в далеком прошлом Земли - в атмосфере и на поверхности большого участка океана - показывая, что оксигенация Земли был сложным процессом повторяющихся попыток и неудач на протяжении огромного промежутка времени.
Находка также может иметь значение для поиска жизни за пределами Земли. В ближайшие годы появятся новые мощные наземные и космические телескопы, способные анализировать атмосферы далеких планет. Эта работа может помочь астрономам не исключать необоснованно «ложноотрицательные» или обитаемые планеты, которые на первый взгляд могут не казаться таковыми из-за неопределяемого уровня кислорода..
«Производство и разрушение кислорода в океане и атмосфере с течением времени было войной, в которой не было явного победителя, вплоть до Великого события окисления», - сказал Мэтт Келер, докторант Университета Вашингтона в области наук о Земле и космосе. и ведущий автор новой статьи, опубликованной 9 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Эти временные события оксигенации были битвами на войне, когда баланс больше склонялся в пользу оксигенации."
В 2007 году соавтор Роджер Бьюик, профессор UW по наукам о Земле и космосе, был частью международной группы ученых, которая обнаружила свидетельства эпизода - «дуновения» - кислорода от 50 до 100 миллионов лет до Великого события окисления. Это они узнали, пробурив глубокие осадочные породы сланцев горы Макрей в Западной Австралии и проанализировав образцы на наличие микроэлементов молибдена и рения, накопление которых зависит от кислорода в окружающей среде.
Теперь команда под руководством Келера подтвердила второе такое появление кислорода в прошлом Земли, на этот раз примерно на 150 миллионов лет раньше - или около 2,66 миллиарда лет назад - и продолжавшееся менее 50 миллионов лет. Для этой работы они использовали два разных аналога кислорода - изотопы азота и элемент селен - вещества, каждое из которых по-своему также указывает на присутствие кислорода.
«То, что мы имеем в этой статье, - это еще одно обнаружение с высоким разрешением кратковременного запаха кислорода», - сказал Келер. «Изотопы азота рассказывают историю насыщения кислородом поверхности океана, и это насыщение кислородом охватывает сотни километров по морскому бассейну и длится где-то менее 50 миллионов лет."
Команда проанализировала буровые пробы, взятые Buick в 2012 году на другом участке в северо-западной части Западной Австралии, который называется формацией Джирина.
Исследователи пробурили два керна на расстоянии около 300 километров друг от друга, но через одни и те же осадочные породы: один керн отбирает отложения, отложившиеся на мелководье, а другой - отложения из более глубоких вод. По словам Бьюика, анализ последовательных слоев горных пород в течение многих лет показывает «ступенчатое» изменение изотопов азота, «а затем снова до нуля. Это можно интерпретировать только как означающее, что в окружающей среде есть кислород.."
Изотопы азота показывают активность некоторых морских микроорганизмов, которые используют кислород для образования нитратов, и других микроорганизмов, которые используют этот нитрат для получения энергии. Данные, собранные из изотопов азота, пробуют поверхность океана, а селен указывает на наличие кислорода в воздухе древней Земли. Келер сказал, что в то время глубина океана, вероятно, была бескислородной или без кислорода.
Команда обнаружила большое количество селена только в неглубокой яме, а это означает, что он попал с близлежащей земли, не попадая в более глубокие воды. Селен содержится в минералах серы на суше; более высокое содержание кислорода в атмосфере приведет к тому, что большее количество селена будет выщелачиваться из земли в результате окислительного выветривания - «ржавчины горных пород», как сказал Бьюик, - и переноситься в море..
«Этот селен затем накапливается в океанских отложениях», - сказал Келер. «Поэтому, когда мы измеряем всплеск содержания селена в океанских отложениях, это может означать, что произошло временное увеличение содержания кислорода в атмосфере».
Находка, по словам Бьюика и Келера, также имеет отношение к обнаружению жизни на экзопланетах или за пределами Солнечной системы.
Считается, что одним из самых сильных атмосферных биосигнатур является кислород, но это исследование подтверждает, что во время перехода планеты к постоянному насыщению кислородом ее поверхностная среда может быть кислородной в течение интервалов всего в несколько миллионов лет, а затем возвращаться обратно. в аноксию», - сказал Бьюик.
Итак, если вы не можете обнаружить кислород в атмосфере планеты, это не означает, что планета необитаема или даже что на ней отсутствует фотосинтезирующая жизнь. Просто она не создала достаточно источников кислорода для перегружать «раковины» дольше, чем короткий интервал.
"Другими словами, недостаток кислорода может легко быть "ложноотрицательным" для жизни."
Келер добавил: «Вы можете смотреть на планету и не видеть никакого кислорода, но она может кишеть микробной жизнью».