Почему мы дышим: 3 главные теории происхождения кислорода на Земле
За период формирования атмосферы на Земле случалось три выброса внушительного количества кислорода, которые повлияли на нынешнее состояние озонового слоя планеты. 2,4 миллиарда лет назад, 1,4 миллиарда лет назад и около 800–540 миллионов лет назад. После третьего выброса кислородом насытилась поверхность вод океана. А сегодня кислород проникает уже и на глубину.
Подобные всплески уровня кислорода требуют объяснения. Одни ученые считают, что причиной тому тектонические явления — образование суперконтинентов, поднятие и выветривание гор, а также извержения. Любой из этих процессов способен спровоцировать выброс огромного количества питательных веществ в океаны, способствуя увеличению популяции водорослей. Другие ученые предполагают, что три всплеска уровня кислорода соответствуют трем важным эволюционным прорывам: увеличению числа фотосинтезирующих водорослей, расцвету этих водорослей и росту числа наземных растений.
Простого биогеохимического цикла Земли — рециркуляции углерода, кислорода и фосфора — достаточно, чтобы поднять уровень кислорода на планете.
Исследователи создали простую компьютерную модель, чтобы рассмотреть, как углерод, кислород и фосфор перемещаются по Земле и взаимодействуют друг с другом.
Фосфор, присутствующий только в камне, является ключевым питательным веществом для различных существ от микробов до водорослей и растений. Фосфор, выветрившийся из породы в океанскую воду, может стимулировать микробную и водорослевую активность, что, в свою очередь, делает воду бедной кислородом или токсичной и вытягивает больше кислорода из донных отложений. В конце концов, это приводит к тому, что в почву попадает больше органического углерода, а кислорода становится больше. Затем процесс, в ходе которого часть кислорода поднимается из воды в атмосферу, повторяется.
Постепенное охлаждение планеты также сыграло свою роль в деле повышения уровня кислорода. Ранняя земная атмосфера теряла кислород в результате химических реакций. Остывающая Земля выпускала в атмосферу меньше газов. Возможно, изменился и химический состав выбросов. В итоге химические процессы, уничтожающие кислород, прекратились.
Созданная компьютерная модель позволила воссоздать процессы, которые длились миллиарды лет, насыщая кислородом атмосферу и воду. Результаты оказались весьма правдоподобными и сошлись с фактическими данными уровня кислорода на Земле. «Мы пришли к выводу, что никаких глобальных тектонических или биологических событий не требовалось. Для появления мира с высоким содержанием кислорода не нужны сложные формы жизни. Если у вас есть лишь простые фотосинтезирующие бактерии, которые существовали на Земле в течение трех миллиардов лет, вы могли бы получить современный уровень кислорода» — говорит биогеохимик и специалист по моделированию из Университета Лидса в Англии Бенджамин Миллс. К слову, до сих пор подобные исследования не рассматривали роль фосфора.
Результаты исследования пригодятся тем, кто ищет жизнь на других планетах. Как отметил астробиолог и планетолог из Калифорнийского университета Джошуа Криссансен-Тоттон, оно избавляет от необходимости считать обязательным условием жизни тектоническую активность или наличие сложных фотосинтезирующих организмов, таких как наземные растения.