Ученые выяснили, как появились первые запасы кислорода на Земле

Доля кислорода в атмосфере Земли оставалась крайне низкой после появления первых фотосинтезирующих микробов по той причине, что породы древних континентов активно поглощали его молекулы, не давая им накопиться в океане и воздухе, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.

"Насыщение атмосферы Земли кислородом могло произойти в любой момент. Все, что для этого было нужно - "правильный" химический состав континентов. Мы обнаружили, что химический состав континентов разительно поменялся как раз в то время, когда кислород начал скапливаться в водах первичного океана планеты", - рассказывает Матийс Смит (Matthijs Smit) из университета Британской Колумбии в Ванкувере (Канада).

Как сегодня считают ученые, Земля в далеком прошлом мало в чем напоминала себя сегодня - в ее атмосфере отсутствовал кислород и было много углекислоты и метана. Ее воды, напоминавшие по температуре и консистенции кипящий густой суп, населяли причудливые бактерии-экстремофилы, следы которых в виде отложений своеобразных "одеял" из колоний микробов, ученые часто находят в древнейших породах Земли.

Когда точно зародилась жизнь, пока никому не известно - существуют противоречивые свидетельства того, что она существовала уже 3,3-3,7 миллиарда лет назад или даже 4 миллиарда лет назад, фактически сразу после завершения формирования Земли и Луны и окончания их "бомбардировки" крупными астероидами и кометами, принесшими "кирпичики жизни" на Землю.

Эта жизнь, как рассказывает Смит, просуществовала до события, которое геологи называют "великой кислородной катастрофой". Примерно 2,4-2,32 миллиарда лет назад концентрация кислорода в атмосфере резко выросла, повысившись с 0,0001% до современных 21%. Причиной ее возникновения сегодня считаются первые фотосинтезирующие организмы, цианобактерии, очистившие атмосферу от СО2 и заполнившие ее кислородом.

С другой стороны, как отмечают ученые, остается непонятным то, что именно сдерживало рост концентрации кислорода в воде и в атмосфере Земли в те сотни миллионов лет, когда цианобактерии уже существовали в первичном океане планеты.

Некоторые ученые предполагают, что "лишний" кислород поглощался первичными континентальными породами Земли, сформировавшимися в то время, когда кислорода в ее атмосфере фактически не было, а другие считают, что роль "поглотителя" кислорода на себя брали останки живых организмов, которые скапливались на дне океанов Земли сотни миллионов лет.

Смит и его коллега Клаус Мезгер (Klaus Mezger) из Бернского университета (Швейцария) нашли новые доказательства в пользу первой гипотезы, проанализировав химический состав десятков тысяч образцов коры, сформировавшихся задолго до начала "кислородной катастрофы" и в то время, когда доля кислорода в атмосфере росла максимальными темпами.

Для этого анализа ученые применили остроумную методику - они измерили доли хрома и урана в этих породах, по-разному реагирующих на процесс разрушения горных пород кислородом и водой. Соответственно, чем больше эти различия, тем дольше и сильнее стихии действовали на эти породы, что позволяет понять, какую роль континенты Земли играли в появлении ее запасов кислорода.

Как показали эти замеры, доли хрома и кислорода в континентальных породах начали меняться примерно три миллиарда лет назад, что совпадает по времени с появлением первых фотосинтезирующих организмов. Примерно за 300 миллионов лет до "кислородной катастрофы" их пропорция резко меняется, что указывает на столь же резкую смену одного типа пород на другой, почти не поглощавший кислород. Именно это, как считают ученые, и было причиной начала "кислородной катастрофы", резко изменившей облик Земли и ее первых обитателей и сделавшей ее пригодной для существования человека и других современных живых существ.