Согласно недавним геохимическим открытиям, «Великое событие окисления» Земли длилось более 200 миллионов лет.

Важные новости

Согласно недавним геохимическим открытиям, «Великое событие окисления» Земли длилось более 200 миллионов лет.

Фото: CC0 Public Domain

Около 2,5 миллиардов лет назад свободный кислород, или O2, впервые начал накапливаться до значительных уровней в атмосфере Земли, установив этап возникновения сложной жизни на нашей развивающейся планете.

Ученые называют это явление Великим событием окисления, или сокращенно GOE. Но согласно новому исследованию, проведенному геохимиком из Университета Юты, первоначальное накопление O2 на Земле было не таким простым, как предполагает это название.

Это «событие» длилось не менее 200 миллионов лет. А отследить накопление O2 в океанах до сих пор было очень сложно, говорит Чадлин Острандер, доцент кафедры геологии и геофизики.

«Появляющиеся данные позволяют предположить, что первоначальный рост содержания O2 в земных слоях Атмосфера была динамичной, развивалась урывками примерно до 2,2 миллиарда лет назад», — сказал Острандер, ведущий автор исследования, опубликованного 12 июня в журнале Nature.. «Наши данные подтверждают эту гипотезу, даже делая шаг вперед, распространяя эту динамику на океан.»

Его международная исследовательская группа сосредоточилась на морских сланцах из Трансваальской супергруппы Южной Африки, что дало представление о динамике оксигенации океана в этот критический период в истории Земли. Анализируя стабильные соотношения изотопов таллия (Tl) и окислительно-восстановительные элементы, они обнаружили доказательства колебаний уровней O2 в море, которые совпадали с изменениями в атмосферном кислороде.

Эти открытия помогают углубить понимание сложных процессов, которые формировали уровень O2 на Земле в критический период истории планеты, проложивший путь к эволюции жизни, какой мы ее знаем.

«Мы действительно не знаем, что происходило в океанах, где, вероятно, зародились и развивались самые ранние формы жизни на Земле», — сказал Острандер, который поступил на факультет Университета в прошлом году из Океанографического института Вудс-Хоул в Массачусетсе. «Поэтому знание содержания O2 в океанах и того, как оно менялось со временем, вероятно, более важно для ранней жизни, чем атмосфера».

Исследование основано на работе соавторов Острандера Саймона Поултона из Университета. из Лидса в Великобритании и Андрея Беккера из Калифорнийского университета в Риверсайде. В ходе исследования 2021 года их команда ученых обнаружила, что O2 стал постоянной частью атмосферы лишь примерно через 200 миллионов лет после начала глобального процесса оксигенации, то есть намного позже, чем считалось ранее.

«Дымящимся ружьем» свидетельством бескислородной атмосферы является присутствие редких, независимых от массы сигнатур изотопов серы в осадочных записях до GOE. Очень немногие процессы на Земле могут генерировать такие признаки изотопов серы, и, насколько известно, их сохранение в горных породах почти наверняка требует отсутствия атмосферного O2.

В течение первой половины существования Земли ее атмосфера и океаны в значительной степени были лишены O2. Судя по всему, этот газ производился цианобактериями в океане до GOE, но в те первые дни O2 быстро разрушался в реакциях с обнаженными минералами и вулканическими газами.

Поултон, Беккер и коллеги обнаружили, что редкие признаки изотопа серы исчезают, но затем появляются снова, что позволяет предположить множественные подъемы и падения содержания O2 в атмосфере во время GOE. Это не было единичным «событием».

«Земля не была готова к насыщению кислородом, когда кислород начал производиться. Земле требовалось время для биологической, геологической и химической эволюции, чтобы обеспечить насыщение кислородом», — сказал Острандер. «Это похоже на качание. У вас есть производство кислорода, но у вас так много кислорода, что ничего не происходит. Мы все еще пытаемся выяснить, когда мы полностью перевесили чашу весов и Земля не смогла вернуться обратно в бескислородную атмосферу. «

Чтобы составить карту уровней O2 в океане во время GOE, исследовательская группа опиралась на опыт Острандера в области стабильных изотопов таллия.

Изотопы — это атомы одного и того же элемента, которые имеют неодинаковое количество нейтронов, что придает им немного разный вес. Соотношения изотопов отдельных элементов способствовали открытиям в археологии, геохимии и многих других областях.

Достижения в области масс-спектрометрии позволили ученым точно анализировать соотношения изотопов для элементов, находящихся все дальше и дальше в периодической таблице, таких как таллий. . К счастью для Острандера и его команды, соотношение изотопов таллия чувствительно к захоронению оксида марганца на морском дне — процессу, который требует наличия O2 в морской воде.

Команда исследовала изотопы таллия в тех же морских сланцах, которые, как недавно было показано, отслеживают атмосферные колебания O2 во время GOE с редкими изотопами серы.

В сланцах Острандер и его команда обнаружили заметное обогащение более легким изотопом таллия. (203Tl), что лучше всего объясняется захоронением оксида марганца на морском дне и, следовательно, накоплением O2 в морской воде.

Эти обогащения были обнаружены в тех же образцах, в которых отсутствуют редкие признаки изотопа серы, и, следовательно, когда атмосфера уже не была бескислородной. Вишенка на торте: обогащение 203Tl исчезает, когда возвращаются редкие сигнатуры изотопа серы. Эти результаты были подтверждены обогащением редокс-чувствительными элементами, более классическим инструментом для отслеживания изменений в древнем O2.

«Когда изотопы серы говорят, что атмосфера стала насыщенной кислородом, изотопы таллия говорят, что океаны стали насыщены кислородом. И когда изотопы серы говорят, что атмосфера снова стала бескислородной, изотопы таллия говорят то же самое о океане», — сказал Острандер.

«Таким образом, атмосфера и океан одновременно насыщались кислородом и дезоксигенировались. классная информация для тех, кто интересуется древней Землей».

Дополнительная информация: Чадлин Острандер и др., Начало связанной оксигенации атмосферы и океана ~ 2,3 миллиарда лет назад , Природа (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07551-5. www.nature.com/articles/s41586-024-07551-5

Информация журнала: Nature

Предоставлено Университетом Юты

Новости сегодня

Последние новости