Кислородная атмосфера Земли могла зависеть от тектоники плит

Первый крупный скачок кислорода в атмосфере Земли произошел примерно 2,4-2,0 млрд лет назад, но новая работа предлагает смотреть не только на цианобактерии, а глубже — буквально в мантию. Кислородная атмосфера, без которой не было бы ни животных, ни привычной нам биосферы, могла формироваться в том числе благодаря тому, как тектонические плиты уносили углерод и серу в недра.

Об этом, со ссылкой на исследование в PNAS, сообщает Ars Technica. Команду возглавил Вэй Ши из Chengdu University of Technology, и ее гипотеза звучит почти как инженерная настройка баланса: если углерод и сера, которые легко связываются с кислородом, эффективнее убираются с поверхности в глубокие слои Земли, у свободного кислорода появляется больше шансов накапливаться в атмосфере.

Логика у модели довольно приземленная, хотя масштаб у нее планетарный. В ранней истории Земли мантия была горячее, а значит, погружающиеся породы хуже сохраняли углерод и серу по пути вниз. Эти элементы высвобождались в более мелких зонах мантии, а затем сравнительно быстро возвращались на поверхность через вулканизм. Дальше химия делала свое дело: кислород, который производили фотосинтезирующие организмы, снова расходовался на реакции с этими «друзьями кислорода». Когда же Земля остывала, а субдукция становилась более холодной, углерод и сера чаще уходили глубже и дольше не возвращались в атмосферный цикл.

Авторы сопоставили геологические данные о температуре и давлении, которые переживали субдуцированные породы, с историей кислородизации атмосферы. И здесь совпадение оказалось слишком аккуратным, чтобы его игнорировать. Периоды более холодной субдукции проявляются в интервале 2,2-1,8 млрд лет назад, что близко к Великому кислородному событию, а затем снова доминируют в последние 800 млн лет. Именно на этот поздний отрезок приходятся еще два крупных подъема кислорода: один между 800 и 500 млн лет назад, второй — между 450 и 250 млн лет назад, уже до уровней, близких к современным.

Отдельно интересно, что исследование не пытается отменить биологию и заменить ее одной красивой геологической кнопкой. Наоборот: работа встраивает фотосинтез в более широкую систему ограничений. Авторы связывают начало истории с формированием раннего суперконтинента Колумбия. Когда на поверхности стало достаточно суши, эрозия могла приносить в океаны больше питательных веществ, поддерживая рост фотосинтезирующих цианобактерий. Следы этого, по данным исследователей, видны в морских осадочных породах, богатых органическим углеродом. Но чтобы произведенный кислород не тут же исчезал в химических реакциях, нужен был еще и второй контур — более эффективное захоронение углерода и серы в глубинах планеты.

На этом фоне особенно показателен так называемый «скучный миллиард» — промежуток между ранним и поздним ростом кислорода, когда и кислородизация, и многие геологические процессы шли вяло. Исследователи предполагают, что тогда ослабли и конвекция мантии, и движение плит. Позже сборка и распад Гондваны и Пангеи приблизили Землю к знакомой конфигурации с обширными зонами холодной субдукции. Самый наглядный современный пример — Тихоокеанское огненное кольцо, где в недра постоянно уходит богатый углеродом и серой осадочный материал.

Для IT-аудитории здесь ценность не в романтике геологии, а в самой архитектуре вывода. Это хороший кейс о том, как сложные системы редко объясняются одной переменной. Кислородная атмосфера не появилась просто потому, что жизнь «научилась» фотосинтезу. Нужна была связка из биологии, химии, тектоники и очень длинной истории охлаждения планеты. Для тех, кто работает с моделированием, данными о Земле, климатом или поиском биосигнатур на других планетах, вывод неприятно трезвый: одного признака почти никогда не хватает. Даже если на планете есть жизнь, кислородная атмосфера может зависеть от того, насколько хорошо ее недра умеют прятать химических конкурентов кислорода.

Теперь главный вопрос звучит так: если кислородная атмосфера действительно так сильно завязана на холодную субдукцию, сколько потенциально обитаемых миров мы уже переоценили, глядя в основном на биологию, а не на тектонику? Исследование пока не закрывает тему, но делает обсуждение заметно жестче и интереснее: искать «вторую Землю» придется не только по следам жизни, но и по признакам глубинной геологической машины. Подробности пересказа и контекст — в материале Ars Technica .

The post Кислородная атмосфера Земли могла зависеть от тектоники плит appeared first on iTech News.