Французькі геологи проаналізували склад нітратів у вулканічних відкладах часів неогену і з’ясували, що блискавки, що виникають у хмарах попелу, могли фіксувати атмосферний азот. Дослідники виявили кілька свідчень, що вказують на те, що нітрати у відкладеннях утворилися саме з атмосферного азоту.
Освіта білків та нуклеїнових кислот – найважливіший процес у зародженні життя. Але він неможливий без азоту, одного з найпоширеніших елементів Землі. Азот займає майже три чверті обсягу атмосферного повітря, проте перебуває у такій формі, яку живі організми не можуть поглинути. Перетворення азоту на біодоступну форму називається азотфіксацією. Нині цим займаються мікроорганізми чи азотні добрива, але до виникнення життя роль азотфіксатора гіпотетично мала кілька явищ — зокрема грозових і вулканічних блискавок.
Можливість такої азотфіксації доводилася ще у лабораторних експериментах. Під час вивержень в атмосферу викидається велика кількість сірки та галогенів (хлор, фтор та інше), а у хмарах попелу виникають блискавки – так звана брудна гроза. Під час розрядів азот у повітрі окислюється, а утворені оксиди випадають на землю разом із вулканічними викидами. В результаті нітрати, фіксований азот, повинні були залишатися в ґрунті. Однак геологічних підтверджень цьому досі не знаходили.
Група французьких геологів вирішила знайти поклади нітратів у вулканічних відкладах після вивержень великого неогену (1,65-23,5 мільйона років тому) у посушливих регіонах. Дослідники зібрали зразки вулканічної тефри та пірокластичних потоків у Перу та Туреччині та виявили у цих відкладеннях велику кількість нітратів разом із сульфідами та хлором, що вказує на їх вулканічне походження. Стаття про це опублікована в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Як зазначили вчені, подібний склад елементів у відкладах говорить про те, що більшість нітратів утворилася саме в результаті виверження вулканів, а не в процесі подальшого просочування опадів. Також це довів додатковий аналіз інших зразків раніше вивержень з італійського острова Іск’я, що трапилися близько 75 тисяч років тому. Як стверджують автори, найтонші відкладення виявилися більш промиті дощовою водою, ніж товсті.
Вивчивши мультиізотопний склад нітратів, дослідники змогли простежити шлях окислення азоту та сірки. Аномально великий вміст ізотопу кисень-17 у зразках вказав на його атмосферне походження, оскільки він успадковується від озону, продукту блискавкових розрядів.
Також дослідники оцінили кількість фіксованого азоту після вулканічних блискавок. Враховуючи щільність та об’єм кожного шару відкладень разом із середньою концентрацією нітратів, вони розрахували, що в середньому за дев’ять вулканічних подій могло утворитися приблизно 60 тераграм азоту — 60 мільйонів тонн. Тут варто нагадати, що до появи життя Землі основні шляхи фіксації азоту наших днів (з допомогою мікроорганізмів) було виключено. Тим часом для виникнення життя нашого типу азот необхідний абсолютно. Отже, роль вулканічних блискавок у цьому могла бути ключовою.
Автори дослідження вважають, що масивні вулканічні виверження та блискавки могли зробити великий локальний внесок у зародження життя на ранній Землі. Також, на їхню думку, вулканічні блискавки потенційно мали відношення до перетворення мінерального фосфору на біологічно корисні форми.