Ученые уже долгое время задавались вопросом о том, как атмосфера нашей планеты могла наполниться кислородом. И похоже, двое исследователей, геолог Маттис Смит из Университета Британской Колумбии и его коллега Клаус Мезгер, нашли ответ в континентальной породе, возраст которой составляет несколько миллиардов лет.

«Оксигенация просто ждала подходящего момента. Требовалось несколько факторов, чтобы это произошло», — говорит Смит.

В атмосфере и океанах ранней Земли отсутствовал свободный кислород, даже несмотря на то, что крошечные цианобактерии производили газ в качестве побочного продукта фотосинтеза. Свободный кислород – это кислород, не смешанный с другими химическими элементами вроде углерода и азота. Для жизни в свободном кислороде нуждаются аэробные организмы. Около трех миллиардов лет назад произошли изменения, когда в отдельных регионах океанов начал накапливаться свободный кислород. Примерно 2,4 миллиарда лет назад, всего за каких-то 200 миллионов лет уровень кислорода в атмосфере неожиданно увеличился в 10 000 раз. Этот период в истории Земли в науке называют кислородной катастрофой (или кислородной революцией), полностью изменившей химические реакции, происходящие на поверхности нашей планеты.

Смит и его коллега Клаус Мезгер с кафедры наук о Земле, океанах и атмосфере Бернского университета (Швейцария) убеждены, что в этот период происходили и глобальные континентальные изменения. Ученые решили найти связь между этими событиями и занялись глубоким изучением записей о геохимическом составе сланцевых и магматических пород по всему миру. В общей сложности ученые провели анализ более 48 000 различных камней, чей возраст составляет несколько миллиардов лет.

«Оказывается, что в момент, когда в океанах начал накапливаться свободный кислород, происходили существенные континентальные изменения», — говорит Смит.

Перед окислением (кислородной катастрофой) состав континентов был богат породой с высоким содержанием магния и низким содержанием кремнезема, подобного тому, который сегодня можно встретить в таких местах, как Исландия или Фарерские острова. Но что более важно, так это то, что эта порода содержала минерал под названием оливин. Когда оливин вступает в контакт с водой, то он запускает химические реакции, которые приводят к закупорке кислорода. Именно это, скорее всего, происходило с кислородом, производством которого в ранней истории Земли занимались цианобактерии.

Но так как земная кора продолжала развиваться и переходить ближе к тому состоянию, которое можно наблюдать у нее сейчас, оливин в итоге исчез. Без этого минерала, запускающего реакцию от взаимодействия с водой и потребляющую кислород, газ наконец-то смог накапливаться. В итоге океаны им перенасытились и начали отдавать его в атмосферу.

«Это, вероятнее всего, и является отправной точкой для появления того разнообразия жизни, которым богата наша планета. После этих изменений Земля стала гораздо более пригодной для обитания и подходящей для развития сложных форм жизни. Для этого требовался триггерный механизм. И, кажется, мы его нашли», — комментирует Смит.

Что же касается того, что могло вызвать столь существенные изменения в химическом составе породы континентов, то этот вопрос остается открытым для дальнейших исследований. Смит отмечает, что современная тектоника плит началась примерно в то же время, и многие ученые предполагают, что в этом вопросе тоже есть некоторая связь.

Выводы Смита и Мезгера были опубликованы в последнем выпуске журнала Nature Geoscience.