Исследование открывает возможность более динамичного биологического цикла кислорода на ранней Земле, чем предполагалось ранее

Группа биогеохимиков из Калифорнийского университета в Риверсайде предложила новый взгляд на взаимосвязь между первым накоплением кислорода в атмосфере и глобальным циклом серы. Согласно общепринятой парадигме, значительное количество кислорода впервые накопилось в атмосфере Земли около 2,4–2,3 миллиарда лет назад во время Великого кислородного события (ВКО). Главным доказательством этого считается исчезновение из геологической летописи аномальных фракционирований редких изотопов серы, известных как «масс-независимое фракционирование» (MIF-сигналы), которое требует для своего формирования атмосферы без озона и с крайне низким уровнем кислорода.

Однако появляются данные, указывающие на присутствие атмосферного кислорода и, следовательно, раннее возникновение оксигенного фотосинтеза за сотни миллионов лет до исчезновения MIF-сигналов. Это побудило исследователей изучить условия, при которых эти изотопные сигналы могли сохраняться в геологической летописи долгое время после оксигенации атмосферы. С помощью количественной модели они обнаружили, что MIF-сигналы могут долго сохраняться в океане и морских осадках после роста уровня O₂ в атмосфере за счёт выветривания древних континентальных пород.

«Этот временной лаг размывает нашу способность точно датировать время ВКО и допускает возможность динамичного роста и падения уровня кислорода в течение затяжного перехода от бескислородной атмосферы к богатой этим газом», — пояснил ведущий автор исследования Кристофер Т. Рейнхард. По его словам, после захвата в таких минералах, как пирит, MIF-сигналы могут «перерабатываться» при поднятии и окислении пород, создавая эффект «памяти», который разъединяет во времени захоронение сигнала и накопление кислорода.

Ключевым условием является захоронение отчётливого MIF-сигнала в глубоководных осадках, которые затем субдуцируются и удаляются с поверхности Земли. «Это создаёт дополнительный сигнал в минералах, которые выветриваются и поступают в океаны, свидетельства чему мы действительно видим в геологической летописи», — отметил соавтор Ноа Планавски. Учёные подчёркивают, что их модель предлагает правдоподобный механизм для согласования противоречивых данных, но он работает только при определённых условиях, которые, вероятно, менялись в течение ранней истории Земли.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature 24 апреля, указывают на необходимость более комплексного взгляда на взаимодействие земной коры, мантии и атмосферы в глобальном цикле серы. «Посыл в том, что записи изотопов серы, рассматриваемые через фильтр осадочного рециклинга, могут усложнить точную датировку ВКО, одновременно открывая дверь для новых удивительных открытий», — заключил руководитель проекта, профессор Тимоти У. Лайонс.