Протягом приблизно двох мільярдів років ранньої історії Землі атмосфера не містила кисню — ключового елемента, необхідного для виникнення складних форм життя. Кисень почав накопичуватися в період, відомий як Велика киснева подія (Great Oxidation Event, GOE), але коли і як він уперше потрапив до океанів, залишалося незрозумілим.
Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Communications, показує, що кисень поглинався з атмосфери в мілкі океани всього за кілька мільйонів років — у геологічному масштабі це лише мить. Робота, проведена дослідниками з Океанографічної установи Вудс-Гоул (WHOI), дає нове уявлення про одну з найважливіших екологічних змін в історії Землі.
«У той час майже все життя на Землі існувало в океанах. Щоб складне життя змогло розвинутися, організми мали не лише навчитися використовувати кисень — спершу вони повинні були навчитися його просто переносити», — сказав Енді Герд, провідний автор дослідження та науковий співробітник WHOI. «Розуміння того, коли кисень уперше накопичився в атмосфері та океанах Землі, є ключем до відстеження еволюції життя.
«І оскільки, як виявилося, насичення океану киснем відбулося після збагачення атмосфери напрочуд швидко, це означає, що якщо ми виявимо кисень в атмосфері далекої екзопланети, є висока ймовірність, що її океани також містять кисень».
Як дослідники відстежили давню оксигенацію
Учені використали новий хімічний аналіз чорних сланців — багатих на органіку морських осадових порід із Південної Африки, що сформувалися в океані під час Великої кисневої події. Вони виявили, що вміст ізотопів ванадію змінився в сланцях, сформованих до та після стратиграфічного шару, який позначає появу кисню в атмосфері.
«Південна Африка — одне з небагатьох місць на Землі, де чудово збереглися геологічні записи цього переломного моменту історії нашої планети. Ці осадові породи містять одні з найпереконливіших свідчень підвищення рівня атмосферного кисню», — зазначив Чад Острандер, співавтор дослідження та ізотопний геохімік Університету Юти.
«Ці породи мають досить точне датування, і саме в них ми бачимо зникнення масо-незалежного фракціонування сірки — традиційного “залізного доказу” існування Великої кисневої події».
Значення ванадію та нові відкриття
«Ванадій є надзвичайно потужним індикатором, адже він реагує на відносно високі рівні розчиненого кисню порівняно з іншими геохімічними проксі, що використовуються для вивчення цього періоду історії Землі. Це означає, що ми можемо виявити момент, коли рівень кисню в океанах уперше перевищив приблизно 10 мікромолів на літр — кілька відсотків від сучасного рівня», — пояснив Сюне Нільсен, співавтор дослідження та запрошений науковець WHOI. Нільсен також є одним із перших дослідників, які застосували ізотопний аналіз ванадію для вивчення стародавніх рівнів кисню в океанах.
«Для порівняння: сучасні океани містять у середньому близько 170 мікромолів розчиненого кисню на літр. За сучасними мірками це небагато, але для океанів, які раніше були майже повністю позбавлені кисню, це є значним кроком у глобальній оксигенації».
Ці результати свідчать, що океани Землі почали накопичувати кисень набагато раніше й набагато швидше, ніж вважалося раніше, змінюючи наше уявлення про те, як планета стала придатною для складного життя.
«Це дослідження допомагає прояснити один із найбільших переламних моментів в історії Землі», — підсумував Герд. «Відстежуючи, коли кисень уперше досяг океанів, ми наближаємось до розуміння того, як виникли умови для появи складного життя на нашій планеті — і як вони можуть виникнути в інших світах».