Суперконтиненты накачали Землю кислородом

Газообмен с окружающей средой – обязательный процесс для всех живых организмов. За миллионы лет «химической» и «биологической» жизни нашей планеты ей удалось найти равновесное состояние, которому мы и обязаны своим существованием. В противном случае Землю до сих пор населяли бы совсем другие организмы.

Как выяснили Йэн Кэмпбелл из Австралийского национального университета и Шарлотта Аллен из Университета японской Окаямы,

к росту уровня O₂ в атмосфере привели процессы формирования и разделения суперконтинентов.

В самом начале атмосферу Земли составляли лёгкие газы – водород и гелий. На следующем этапе активная вулканическая деятельность и, возможно, кометная бомбардировка привели к насыщению атмосферы и другими газами, (углеводородами, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная, восстановительная атмосфера.

Постоянная утечка водорода в межпланетное пространство и химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и прочих факторов привели к образованию третичной атмосферы. Её характеризуют гораздо меньшее содержание водорода и гораздо большее – азота и углекислого газа, образовавшихся в результате химических реакций из аммиака и углеводородов.

Главная составляющая для нас – кислород, необходимый для процессов дыхания абсолютному большинству живых организмов. Хотя существуют данные в пользу чисто геологического происхождения «живородящей» составляющей атмосферы, большинство ученых склоняются к биогенной версии. Которая отнюдь не мешает связать этапы накопления кислорода в воздухе с геологическими событиями.

Исследования изотопов самых разнообразных элементов – от углерода и серы до молибдена и свинца – показали, что таких этапов окисления было как минимум шесть.

Скачки приходятся на 2,65, 2,45, 1,8, 0,6, 0,3, и 0,04 миллиардов лет назад. Возможному седьмому событию 1,2 миллиарда лет. Если в абсолютных цифрах эти переходы не столь значимы, то относительные впечатляют: например, 2,45 миллиарда лет назад уровень изменился в 500 раз – от 1/100 000 современного содержания в атмосфере до 1/200. Концентрации как в этом, так и в других периодах, несмотря на активные процессы в биосфере, оставались стабильными в течение длительных промежутков времени.

Один из залогов постоянства на протяжении сотен миллионов лет, разделяющих знаковые геологические события, – геохимические процессы, обеспечивающие «усвоение» кислорода в земной коре и океане.

Формирование суперконтинентов не приводило к непосредственному высвобождению кислорода, зато было связано с появлением массивов «супергор».

По предположению авторов публикации в Nature Geoscience, массивы, подобные «детям» Пангеи – Уралу и Аппалачам, подвергались быстрой эрозии, связанной с высвобождением железа и фосфора в океан. Это привело к «фотосинтетическому взрыву» численности цианобактерий (сине-зелёных водорослей) и, как следствие, к усилению продукции O₂.

Эти же геологические периоды характеризуются усиленным отложением органического углерода и пирита, способных реагировать со свободным кислородом. Именно реакции с органическим углеродом, железом и серой поддерживают упомянутое выше равновесие. В их отсутствие вновь образованный газ оставался в атмосфере. А «ступенчатое» возрастание закончилось 20 с лишним процентами кислорода в современной атмосфере.

Второе следствие гипотезы Кэмпбелла и Аллен – постепенное снижение содержания кислорода в относительно спокойные тектонические периоды – тоже подтвердилось анализом изотопного состава, относящегося к периодам разрушения Пангеи и Гондваны.

Хотя эти процессы не приводили к моментальному исчезновению видов, все они сказывались на разнообразии жизненных форм. Так что обитатели грядущей Пангеи Ультимы – суперконтинента, который, согласно некоторым теориям, объединит почти всю земную сушу через несколько сот миллионов лет – могут быть совсем не похожи на окружающих нас представителей флоры и фауны.