Земля почти лишилась кислорода 2,3 миллиарда лет назад

Согласно новому исследованию, переход Земли к постоянной насыщенной кислородом атмосферой был остановленным процессом, который занял на 100 миллионов лет больше, чем считалось ранее.

Когда Земля сформировалась 4,5 миллиарда лет назад, в атмосфере почти не было кислорода. Но 2,43 миллиарда лет назад кое-что произошло: уровень кислорода начал расти, а затем падать, что сопровождалось масштабными изменениями климата, включая несколько оледенений.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature 29 марта, продлевает Великое событие окисления, на 100 миллионов лет. Оно также может подтвердить связь между оксигенацией и резкими колебаниями климата.

«Мы только сейчас начинаем понимать сложность этого события», — сказал соавтор исследования Андрей Беккер, геолог из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Возникновение кислорода.

Кислород, возникший во время Великого события окисления, был произведен морскими цианобактериями, типом бактерий, которые производят энергию посредством фотосинтеза. Основным побочным продуктом фотосинтеза является кислород, и ранние цианобактерии в конечном итоге произвели достаточно кислорода, чтобы навсегда изменить облик планеты.

Подпись этого изменения видна в морских осадочных породах. В бескислородной атмосфере эти породы содержат определенные виды изотопов серы. (Изотопы — это элементы с различным числом нейтронов в ядрах.) Когда возникают кислородные пики, изотопы серы исчезают, потому что химические реакции, которые их создают, не происходят в присутствии кислорода.

Ученые обнаружили, что после третьего оледенения атмосфера сначала была бескислородной, затем уровень кислорода поднимался и снова падал. Уровень кислорода снова поднялся 2,32 миллиарда лет назад — точка, в которой ученые ранее считали, что повышение было постоянным. Но в более молодых породах Беккер и его коллеги снова обнаружили падение уровня кислорода. Это падение совпало с окончательным оледенением, которое ранее не было связано с атмосферными изменениями.

«Атмосферный кислород в то время был очень нестабильным, поднимался до относительно высоких уровней и упал до очень низких уровней», — сказал Беккер.

Цианобактерии против вулканов.

Исследователи все еще выясняют, что вызвало все эти колебания, но у них есть некоторые идеи. Одним из ключевых факторов является метан, парниковый газ, который более эффективно удерживает тепло, чем углекислый газ.

Сегодня метан играет небольшую роль в глобальном потеплении по сравнению с углекислым газом, потому что метан вступает в реакцию с кислородом и исчезает из атмосферы в течение примерно десяти лет, тогда как углекислый газ остается в течение сотен лет. Но когда в атмосфере почти не было кислорода, метан существовал намного дольше и выступал в качестве более важного парникового газа.

Таким образом, последовательность оксигенации и изменения климата, возможно, выглядела примерно так: цианобактерии начали вырабатывать кислород, который реагировал с метаном в атмосфере в то время, оставляя после себя только углекислый газ.

Этого углекислого газа было недостаточно, чтобы компенсировать согревающий эффект потерянного метана, поэтому планета начала охлаждаться. Ледники расширились, и поверхность планеты стала ледяной и холодной.

Однако спасением планеты от постоянного замораживания стали подледниковые вулканы. Вулканическая активность в конечном итоге повысила уровень углекислого газа до уровня, достаточного для того, чтобы снова нагреть планету. И хотя производство кислорода в покрытых льдом океанах замедлилось из-за того, что цианобактерии получали меньше солнечного света, метан из вулканов и микроорганизмов снова начал накапливаться в атмосфере, еще больше нагревая землю.

Источники: Фото: (Jim Sugar/Getty Images)