Как низко он падал? Исследование стремится разрешить спор о кислороде в ранней атмосфере Земли

Ученые давно спорят о том, сколько молекулярного кислорода содержала ранняя атмосфера Земли. Около 2,4 миллиарда лет назад произошел рост уровня кислорода, который преобразовал атмосферу и биосферу планеты, в конечном итоге сделав возможной жизнь, подобную нашей. Этот переход называется «Великим кислородным событием». Но сколько кислорода было в атмосфере до этого времени?

Команда ученых под руководством бывшей докторантки Университета штата Аризона Алейши Джонсон работала над разгадкой тайны того, как была подготовлена почва для Великого кислородного события. Используя компьютерное моделирование, исследователи определили, сколько кислорода могло присутствовать на поверхности Земли до этого события, и каковы последствия этого для жизни на ранней Земле.

Результаты их исследования опубликованы в Science Advances. Геологи, изучающие горные породы Земли, обнаружили, казалось бы, противоречивые свидетельства о ранней атмосфере. С одной стороны, «отпечатки пальцев» кислорода, обнаруженные после Великого кислородного события, в основном отсутствуют до этого времени. С другой, недавние открытия указывают на хотя бы частичное разрушение обычных минералов, которые активно реагируют в присутствии кислорода, и на поступление в океаны таких химических элементов, как молибден, которые накапливаются в реках и океанах при наличии кислорода.

Чтобы разрешить эту загадку, Джонсон и ее команда создали компьютерную модель. Она использует известные данные об экологической химии молибдена, реакциях минералов с малыми количествами кислорода и измерениях содержания молибдена в древних осадочных породах, чтобы определить диапазон возможных уровней кислорода в атмосфере Земли до 2,4 миллиарда лет назад. Модель показала, что количество кислорода, необходимое для объяснения данных по молибдену, было настолько малым, что оно не оставило бы многих других следов.

«До сих пор наши представления об отсутствии кислорода до Великого кислородного события в основном формировались отсутствием доказательств. Теперь у нас есть основания полагать, что он был там — просто на более низких уровнях, чем можно было обнаружить ранее», — говорит соавтор исследования Ариэль Энбар, профессор Школы исследования Земли и космоса и Школы молекулярных наук Университета штата Аризона.

Эти выводы подтверждают другие данные, свидетельствующие о том, что кислород, возможно, производимый биологическими процессами, существовал задолго до Великого кислородного события. Это, в свою очередь, помогает ученым понять, какие изменения в системах Земли вызвали одно из важнейших преобразований в ее истории. Исследование также имеет значение для поиска жизни на других планетах, помогая оценить, насколько распространены могут быть богатые кислородом атмосферы, подобные земной.