Формирование континентов сделало земной воздух пригодным для дыхания

До того как сформировались современные континентальные породы, поверхность Земли постоянно испускала газы, связывавшие кислород и не дававшие ему накапливаться в нижних слоях атмосферы.

Исследователи из США с помощью изотопного анализа установили, что до трёх миллиардов лет назад поверхность Земли покрывала континентальная кора принципиально иного состава, чем сегодня. Выделявшиеся из неё газы блокировали насыщение кислородом нижних слоёв планетарной атмосферы. Лишь после того, как состав континентальный коры три миллиарда лет назад сменился на современный, этот важный газ начал быстро наращивать свою концентрацию в воздухе, сделав возможным и появление сложных форм жизни. Соответствующая статья опубликована в Nature Geoscience.

Учёные измеряли соотношение изотопов хрома и урана, найденных в породах древностью от трёх с половиной миллиардов лет и менее. В результате они обнаружили, что для всех отложений старше трёх миллиардов лет это соотношение типично для мафических пород. Мафическими породами называют магматические горные породы, в которых много железо-магниевых (MgFe) минералов. Такие минералы, взаимодействуя с водой, выделяют много водорода, сероводорода и других газов, активно реагирующих со свободным кислородом. В результате его количество в местах, где мафические породы соприкасаются с водой, остаётся довольно небольшим.

Три миллиарда лет назад мафические породы перестают господствовать в земной континентальной коре — она изменяет свой состав на более современный, андезитовый. Андезиты таких газов при взаимодействии с водой не выделяют, отчего не мешают накапливаться кислороду.

Открытие проясняет давний вопрос истории Земли. Дело в том, что самые ранние цианобактерии, в принципе способные получать кислород фотосинтезом, существовали уже три с половиной миллиарда лет назад. Между тем кислород в нижних слоях земной атмосферы начал появляться лишь 2,4 миллиарда лет назад. Почему за более чем миллиард лет фотосинтеза он не мог заметно насытить воздух кислородом — до сих пор оставалось неясным. Новая работа предлагает довольно правдоподобное объяснение этому парадоксу.