Кислородная катастрофа

Новые результаты американских геологов заставляют пересмотреть дату начала так называемой кислородной катастрофы - явления резкого повышения уровня содержания кислорода в атмосфере Земли.

Согласно существующим теориям, катастрофа произошла почти 2,5 миллиарда лет назад. Данная датировка была получена в 2000 году и основывалась на анализе соотношения изотопов серы в сульфатах и сульфидах, содержащихся в образцах горных пород того времени.

Известно, что ядра изотопов одного элемента имеют различную массу, поэтому в результате химических и физических процессов их соотношение в продуктах может отличаться от соотношения в исходных материалах. Типичным проявлением подобного эффекта является тот факт, что вода (H2O), содержащая в своем составе "тяжелый" 18O, испаряется немного хуже, чем содержащая "легкий" 16O. В результате изотопный состав дождевой воды оказывается немного отличным от состава воды морской.

Исследователям удалось обнаружить изменение соотношения изотопов для серы 33S, 34S и 36S в сульфатах и сульфидах, случившееся примерно 2,5 миллиарда лет назад. По мнению специалистов, это могло произойти только из-за глобального изменения цикла круговорота серы в природе. Ученые предположили, что это стало результатом прекращения некоторого процесса разделения изотопов серы, который происходил на ранней Земле под воздействием ультрафиолета, легко проникавшего в бедную кислородом атмосферу. Причиной прекращения стал рост содержания кислорода в атмосфере. Детали "разделительного" процесса ученые до сих пор не объяснили, но полагают, что он относился к классу так называемых процессов изотопного фракционирования, не зависящих от массы (ученым известно лишь несколько примеров подобных процессов).

В рамках нового исследования ученым удалось доказать, что при температуре от 150 до 200 градусов по Цельсию в химической реакции сульфатов с аминокислотами происходит описанное выше изотопное разделение серы. Например, в прошлом оно могло происходить в результате реакции органических материалов с сульфатами из горных пород в гидротермальных источниках.

Несмотря на то, что это разделение составляет только около 10 процентов от того, которое зарегистрировано в отложениях возрастом 2,5 миллиарда лет, ученые считают, что данный процесс "мог вносить свой вклад в изменение серного цикла". Это, в свою очередь, может означать, что процесс в атмосфере Земли, прекратившийся из-за кислородной катастрофы, завершился ранее, чем предполагалось. Таким образом, начало катастрофы отодвигается в прошлое, хотя точных цифр ученые из осторожности не приводят.

Сдвиг даты кислородной катастрофы снимает проблему "задержки", которая существует между появлением микроорганизмов, производящих кислород (оксигенных микроорганизмов), и появлением кислородной атмосферы. Совсем недавно появились результаты, которые увеличивают эту "задержку" с 300 миллионов лет до почти миллиарда.