Мільярди років тому на Землі ще не було звичних нам лісів, гірських ландшафтів і багатої киснем атмосфери. Проте сліди тих грандіозних змін досі зберігаються у породах, які здаються на перший погляд звичайними.
Вчені зробили несподіване відкриття: давні поклади заліза можуть розповісти набагато більше про історію Землі, ніж просто про появу кисню в океанах та атмосфері. У них заховані сліди формування гірських систем і навіть поширення рослин суходолом.
Дослідження провела команда науковців під керівництвом Далтона Хардісті з Michigan State University спільно з дослідниками з Університету Гамбурга та ETH Zurich. Вони простежили, як змінювався кругообіг заліза протягом приблизно 1,2 мільярда років.
Чому залізо взагалі таке важливе?
Протягом значної частини ранньої історії Землі океани містили величезну кількість розчиненого заліза. Коли в навколишньому середовищі майже не було кисню, воно реагувало із сіркою та утворювало пірит — мінерал, який часто називають «золотом дурнів».
Ситуація почала змінюватися, коли стародавні мікроорганізми в процесі фотосинтезу почали виділяти кисень. Кисень реагував із розчиненим залізом уже по-іншому — утворювався гематит, різновид оксиду заліза. Саме тому геологи десятиліттями використовували давні залізисті породи як своєрідний геологічний індикатор рівня кисню в стародавніх океанах.
Особливо наочно це видно у смугастих залізистих формаціях регіону озера Верхнього в США, де чергування різних мінералів буквально законсервувало зміни давнього середовища. Але тепер з’ясувалося, що вчені читали лише частину цієї історії.
У залізі знайшли ще один «сигнал»
Дослідники використали дані з бази Sedimentary Geochemistry and Paleoenvironments Project і спробували простежити рух заліза протягом останніх 1,2 мільярда років.
Результат виявився цікавим.
По-перше, континенти могли відігравати набагато більшу роль у постачанні заліза до океанів, ніж вважалося раніше.
По-друге, пірит, який утворювався із цього континентального заліза, міг впливати на процеси насичення Землі киснем складнішим чином, ніж передбачали попередні моделі. Тобто залізний «архів» виявився не просто хронікою змін кисню. Він також зберігав інформацію про те, що відбувалося на поверхні континентів.
Гори залишили свій слід
Найцікавіша частина дослідження стосується гір. Коли дослідники перейшли до приблизно останніх 500 мільйонів років, вони помітили закономірність: сплески кількості заліза в геологічному літописі збігалися з великими епізодами горотворення.
Один із найяскравіших прикладів — Варисканська складчастість, масштабний період формування гір, пов’язаний із процесами, які зрештою сприяли утворенню суперконтиненту Пангея.
Але яким чином гори могли залишити слід у морських породах?
Відповідь — ерозія.
Коли гірські масиви піднімалися, їхні породи поступово руйнувалися під впливом води, кисню та інших процесів вивітрювання. Якщо ці породи містили залізо, воно вивільнялося, потрапляло у ґрунт, річки, а зрештою — в океан.
Таким чином, поява гір могла буквально підсилювати потік заліза з суходолу до моря.
А потім у гру вступили рослини
Ще один фактор виявився не менш важливим — поширення рослин на суходолі. Корені рослин не просто утримують ґрунт. Вони виділяють хімічні речовини, які допомагають руйнувати гірські породи та осадові матеріали. У результаті залізо, заховане всередині мінералів, отримує більше шансів вивільнитися.
Водночас рослинність стабілізує ґрунт і осади. Це змінює час та умови, протягом яких залізо взаємодіє з киснем і перетворюється на оксиди заліза. Тобто рослини виявилися не пасивними учасниками природної історії.
Вони фактично почали змінювати швидкість і масштаб переміщення заліза від гірських порід до річок, а звідти — до океанів.
Вчені не скасовують стару теорію
Важливо, що нове дослідження не означає, що попередні уявлення про залізо були неправильними. На ранньому етапі дослідженого періоду залізо справді добре відображало умови з низьким вмістом кисню в океані — саме так, як геологи припускали раніше. Але згодом на картину почали сильніше впливати процеси, що відбувалися на суходолі.
І це змінює сам підхід до читання геологічного літопису. Залізо можна використовувати не лише для того, щоб запитати: «Коли на Землі стало більше кисню?» Тепер воно може допомогти відповісти й на інше питання: «Що відбувалося з континентами, горами та рослинністю в цей момент?»
Навіщо це потрібно сьогодні?
На перший погляд може здатися, що історія заліза віком у сотні мільйонів років — виключно академічна тема. Але вчені вважають, що розуміння того, як змінювався кругообіг заліза в минулому, допоможе краще оцінювати реакцію Землі на майбутні зміни клімату та поверхневого середовища.
Зміни температури, опадів, рослинності та процесів вивітрювання впливають на те, як елементи переміщуються між породами, ґрунтами, річками й океанами. Тому стародавні породи можуть виявитися своєрідною інструкцією до того, як планета реагувала на масштабні зміни в минулому.
Залізо, яке геологи довго використовували як «годинник» кисневої історії Землі, тепер виявилося ще цікавішим. Воно зберігає сліди того, як гори піднімалися, рослини захоплювали суходіл, а поверхня планети поступово перебудовувала саму себе.
