Революция дышать не позволила

Недавние исследования датских ученых показали, что кислород начал образовываться в атмосфере Земли еще раньше, чем считалось до этого, — более 3 млрд лет назад. Тем не менее его содержание в атмосфере оставалось незначительным вплоть до события, известного как кислородная катастрофа, или кислородная революция. Таким термином называют глобальное изменение состава атмосферы Земли, происшедшее в самом начале протерозоя (2,3–2,4 млрд лет назад).

Результатом этого события стало появление в составе атмосферы свободного кислорода и изменение общего характера атмосферы с окислительного на восстановительный.

Как следствие, после «кислородной катастрофы» произошло формирование озонового слоя, резко уменьшился парниковый эффект. Планета вступила в эпоху гуронского оледенения. Границы биосферы постепенно расширялись, развивались организмы, обладавшие кислородным дыханием.

Ученые называют разные причины «кислородной революции». Некоторые считают, что она стала прямым последствием эволюции цианобактерий (бактерии, способные к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением кислорода), другие полагают, что причины повышения содержания кислорода в атмосфере кроются в изменении окислительно-восстановительного баланса поверхности планеты. Но в любом случае кислородная катастрофа сопровождалась резким увеличением количества тяжелых изотопов углерода (известно как Ломагунди-Ятулийское изотопное событие).

На первый взгляд причиной аномалии должно было служить повышение содержания органического углерода в осадочных породах, однако масштабы Ломагунди-Ятулийского изотопного события были таковы, что ученые предлагают другую причину его происхождения. Они считают, что аномалия могла быть вызвана усилением окислительного выветривания, сопровождаемого увеличением содержания кислорода в атмосфере, а также поступлением в океан большого количества фосфора. Именно это и послужило толчком к накоплению органического углерода, который, в свою очередь, дал толчок к еще большему производству кислорода — «кислородной революции».

Считается, что после «кислородной революции» количество кислорода только увеличивалось — незначительное падение произошло только в последние 0,5 млн лет, когда его объем в атмосфере ₂ стабилизировался.

Однако, изучив другие факторы (концентрация урана в сланцевой глине, количество сульфатов в морской воде), исследователи предположили:

содержание кислорода в атмосфере вновь упало после окончания периода Ломагунди-Ятулийской аномалии.

Группа ученых из Дании, Франции и Швейцарии под руководством Дональда Кэнфилда (Университет Южной Дании) провела исследования, направленные на выяснение того, действительно ли уровень кислорода значительно изменялся и после «кислородной революции». С результатами работы можно ознакомиться в журнале PNAS.

Дональд Кэнфилд изучил отложения горных пород бассейна Франсевийян, находящегося на территории Республики Габон. Площадь бассейна составляет около 35 тыс. кв. км, толщина породы — от 1 до 2,5 км. Основные породы бассейна — это песчаник, черный сланец, алевролит, строматолиты. Ученые брали образцы пород, залегавших на разной глубине, и подвергали их всестороннему геохимическому анализу, чтобы понять химический состав морской воды во время и после Ломагунди-Ятулийской аномалии.

Анализ породы включал в себя определение концентрации таких элементов, как железо, марганец, сера, алюминий, органический углерод, а также урана, молибдена, ванадия и других.

Результаты изучения пород бассейна Франсевийян показали: действительно,

после «кислородной революции» наша планета испытала еще два периода, во время которых количество кислорода в атмосфере значительно падало и достигало концентрации еще более низкой, чем до нее. Каждый из таких периодов длился не более 200 млн лет.

На настоящий момент ученые затрудняются объяснить причины этих явлений.