Новые исследования убедительно свидетельствуют о том, что отдельные «события насыщения кислородом», которые создали пригодную для дыхания атмосферу Земли, произошли спонтанно, а не были следствием биологических или тектонических революций.
Исследование Университета Лидса, опубликованное в журнале Science, не только проливает свет на историю наличия кислорода на нашей планете, но и дает новое представление о преобладании насыщенных кислородом миров, отличных от нашего.
На ранней Земле не было кислорода в атмосфере или океанах примерно до 2,4 миллиарда лет назад, когда произошло первое из трех крупных событий насыщения кислородом. Причины такого «ступенчатого» увеличения содержания кислорода на Земле являются предметом непрекращающихся научных дискуссий.
В новом исследовании исследователи из Лидса модифицировали хорошо зарекомендовавшую себя концептуальную модель морской биогеохимии, чтобы ее можно было использовать для всей истории Земли, и обнаружили, что она сама по себе произвела три события оксигенации.
Их результаты показывают, что помимо ранних фотосинтезирующих микробов и инициации тектоники плит, которые были установлены около трех миллиардов лет назад, это был просто вопрос времени, когда кислород достигнет необходимого уровня для поддержания сложной жизни..
Эта новая теория резко увеличивает вероятность существования миров с высоким содержанием кислорода в других местах.
Ведущий автор исследования Льюис Олкотт, аспирант Школы Земли и окружающей среды в Лидсе, сказал: «Это исследование действительно проверяет наше понимание того, как Земля стала богатой кислородом и, таким образом, стала способной поддерживать разумную жизнь.
"Исходя из этой работы, кажется, что насыщенные кислородом планеты могут быть гораздо более распространены, чем считалось ранее, потому что они не требуют многократных - и очень маловероятных - биологических достижений или случайных тектонических явлений."
Первое «Великое событие окисления» произошло в палеопротерозойскую эру - примерно 2,4 миллиарда лет назад. Последующие события массовой оксигенации произошли в неопротерозойскую эру около 800 миллионов лет назад и, наконец, в палеозойскую эру примерно 450 миллионов лет назад, когда содержание кислорода в атмосфере поднялось до современного уровня.
Крупным животным с высокими энергетическими потребностями требуется высокий уровень кислорода, и они эволюционировали вскоре после последнего из этих этапов, в конечном итоге превратившись в динозавров и млекопитающих.
В настоящее время две преобладающие теории предполагают, что движущими силами этих событий оксигенации были либо важные шаги в биологических революциях, когда эволюция все более сложных форм жизни по существу «биоинженерно» оксигенировала до более высоких уровней, либо тектонические революции, когда кислород повышался. из-за изменений в стиле вулканизма или состава земной коры.
В новом исследовании вместо этого подчеркивается набор обратных связей, существующих между глобальными циклами фосфора, углерода и кислорода, которые способны вызывать быстрые сдвиги в уровнях кислорода в океане и атмосфере, не требуя каких-либо «ступенчатых» изменений ни в тектонике, ни в биология.
Соавтор исследования профессор Саймон Поултон, также из Школы Земли и окружающей среды в Лидсе, сказал: «Наша модель предполагает, что оксигенация Земли до уровня, который может поддерживать сложную жизнь, была неизбежна, как только микробы, которые производят кислород выделился."
Их модель обратных связей «Земная система» воспроизводит наблюдаемую трехступенчатую схему оксигенации, когда она управляется исключительно постепенным переходом от восстановительных к окислительным поверхностным условиям с течением времени. Переходы обусловлены тем, как морской фосфорный цикл реагирует на изменение уровня кислорода и как это влияет на фотосинтез, для которого требуется фосфор.
Старший автор доктор Бенджамин Миллс, который возглавляет группу биогеохимического моделирования в Лидсе, сказал: «Модель демонстрирует, что постепенное насыщение земной поверхности кислородом с течением времени должно приводить к различным событиям насыщения кислородом в атмосфере и океанах, сравнимым с видно в геологической летописи.
"Наша работа показывает, что взаимосвязь между глобальными циклами фосфора, углерода и кислорода имеет основополагающее значение для понимания истории оксигенации Земли. Это может помочь нам лучше понять, как планета, отличная от нашей, может стать пригодной для жизни."