Изотопная память об устойчивости атмосферы
Химический анализ одних из древнейших горных пород в мире, проведенный международной группой под руководством исследователей из Университета Макгилла, позволил получить самую раннюю на сегодняшний день запись о составе атмосферы Земли. Результаты показывают, что воздух 4 миллиарда лет назад был очень похож на атмосферу более чем через миллиард лет после этого, которая — хотя, вероятно, была бы смертельна для зависящих от кислорода людей — поддерживала процветающую микробную биосферу, в конечном итоге давшую начало современному разнообразию жизни.
Результаты, опубликованные на прошлой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, могут помочь ученым лучше понять, как жизнь возникла и эволюционировала на планете. До сих пор исследователям приходилось полагаться на сильно различающиеся компьютерные модели характеристик древнейшей атмосферы.
Новое исследование основано на более ранней работе бывшего аспиранта Макгилла Джонатана О'Нила и почетного профессора Макгилла Дона Фрэнсиса, которые в 2008 году сообщили, что породы на побережье Гудзонова залива в северном Квебеке (район Нуввуагиттук) были отложены в виде осадков около 4,3 миллиарда лет назад — всего через пару сотен миллионов лет после формирования Земли.
В новом исследовании группа под руководством ученых из Департамента наук о Земле и планетах Макгилла использовала масс-спектрометрию для измерения количества различных изотопов серы в породах из пояса Нуввуагиттук. Результаты позволили определить, что сера в этих породах возрастом не менее 3,8 миллиарда лет (а возможно, на 500 миллионов лет старше) прошла цикл через раннюю атмосферу Земли. Это указывает, что воздух в то время был крайне беден кислородом по сравнению с современным и, возможно, содержал больше метана и диоксида углерода.
«Мы обнаружили, что изотопный отпечаток этого атмосферного цикла выглядит точно так же, как аналогичные отпечатки в породах на миллиард-два миллиарда лет моложе», — сказала Эмили Томассо, ведущий автор статьи, бывший постдокторант Макгилла, а ныне сотрудник Центра петрографических и геохимических исследований в Нанси, Франция.
«Эти более молодые породы содержат явные признаки микробной жизни, и есть пара возможных интерпретаций наших результатов», — говорит Босуэлл Уинг, соавтор исследования. «Одна из них — биология контролировала состав атмосферы на ранней Земле, причем сходные микробные биосферы производили одни и те же атмосферные газы от младенчества до юности планеты. Однако мы не можем исключить возможность, что биосфера была отделена от атмосферы. В этом случае геология могла играть главную роль в формировании состава древнего воздуха, когда массивные вулканические извержения производили газы, которые периодически подавляли слабую биологическую газовую продукцию».
Исследовательская группа продолжает работу, чтобы определить, подтверждают ли данные «биологическую» или «геологическую» гипотезу — или их комбинацию. В любом случае, как отмечает Эмили Томассо, текущее исследование «демонстрирует, что осадки Нуввуагиттука хранят память о поверхностной среде Земли на самой заре существования нашей планеты. И, что удивительно, эта память кажется совместимой с гостеприимной для жизни земной поверхностью».