Аннотация:
Изучение осадочных пород в Южной Африке примерно 2,3–2,25 миллиарда лет назад дает новое объяснение того, как уровень кислорода поднимался и опускался в ранней атмосфере Земли. Исследователи проанализировали образцы бурового керна супергруппы Трансвааль в Южной Африке и обнаружили, что цикл фосфора, окислительно-восстановительное состояние и сульфатные изменения в океане переплетаются друг с другом. В сочетании с биогеохимическими моделями они полагают, что эти обратные связи могут привести к повторным резким изменениям содержания кислорода в атмосфере во время Великого события окисления и в то же время подтолкнуть Землю к постепенному переходу к устойчивой кислородсодержащей атмосферной среде.
Первое значительное увеличение содержания кислорода в атмосфере Земли произошло примерно 2,43–2,06 миллиарда лет назад, что часто называют «Великим периодом оксигенации». Появление кислорода не означает, что после этого атмосфера сразу же стала стабильной: на этом этапе также произошли резкие изменения климата и многочисленные ледниковые периоды, а также изменилась химическая среда океана и питательные вещества, доступные для жизни. Фосфор является ключевым элементом, необходимым для роста жизни, но общее количество фосфора, обнаруженного в горных породах, не соответствует фосфору, который могли использовать древние организмы.
Исследовательская группа использовала метод классификации форм фосфора для постепенного растворения различных минералов в горных породах, различая такие компоненты, как связанный с железом, диагенетический, органически связанный и кристаллизованный фосфор, в основном полученный из детрита. На основе этого они смогут определить, какой фосфор мог быть биодоступным в древнем океане. Образцы показывают, что усиление выветривания после окончания ледникового периода могло привести к увеличению количества фосфора в океане, что способствовало биологической продуктивности; впоследствии изменения в кислородном статусе океана и снабжении сульфатами повлияли на разложение органического вещества в отложениях и переработку фосфора. Фосфор снова попадает в морскую воду, потенциально создавая условия для роста большего количества организмов.
Этот процесс, в свою очередь, влияет на атмосферный кислород. По мере увеличения биологической продуктивности все больше органического углерода может откладываться и хорониться на морском дне; если этот углерод не будет повторно потреблять кислород во время разложения, произойдет суммарное накопление большего количества кислорода. На основании этого исследовательская группа предположила, что между воздействием выветривания, переработкой фосфора, окислительно-восстановительным состоянием океана и сульфатом формируется цепочка обратной связи, но обратная связь не обеспечивает плавное поддержание кислорода на фиксированном уровне, а может вызвать значительные колебания в масштабе десятков миллионов лет. Результаты моделирования в статье подтверждают эту интерпретацию, но древние атмосферные изменения все еще реконструируются на основе геохимических записей и моделей горных пород, а не на прямых измерениях.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Авторы отмечают, что этот механизм помогает объяснить, как одновременно развивались кислород, питательные вещества и ранняя жизнь, а также предполагает, что кислород — не единственное условие, влияющее на возникновение сложной жизни. Исследование также может дать историческую справку для понимания современной океанской аноксии: если уровень кислорода в морской воде снизится, доступность фосфора и продуктивность океана также могут измениться. Однако отношения обратной связи в палеогеологическом времени нельзя напрямую приравнивать к конкретным предсказаниям современных экосистем.
Комментарии