Онежські евапорити виявилися свідками кисневої катастрофи

Аналіз хімічного складу евапоритів (осадових мінералів, що утворюються після випаровування води) віком близько двох мільярдів років, знайдених в Онезькому палеопротерозойському басейні, допоміг вивчити склад океану на стародавній Землі. Зокрема, за допомогою нього вдалося оцінити концентрацію в стародавньому океані сульфатів і підтвердити таким чином подію на планеті на початку палеопротерозою кисневу катастрофу, пишуть учені в.

На початку палеопротерозою - близько 2,4 мільярдів років тому - на Землі сталася киснева катастрофа, глобальна зміна складу атмосфери, під час якого в повітрі значно збільшилася концентрація кисню, перетворивши атмосферу з відновлювальної в окислювальну. Матеріальних свідчень цієї події на планеті залишилося дуже мало, тому геологи активно шукають нові методи аналізу динаміки самого переходу і його безпосередніх наслідків. Наприклад, зовсім недавно вчені запропонували використовувати для подібних оцінок аналіз ізотопного складу ксенона в органічних включеннях древніх гірських порід.

Геохіміки під керівництвом Клари Блетлер (Clara L. Blättler) з Прінстонського університету знайшли ще один спосіб вивчення динаміки хімічного складу повітря в палеопротерозої. Для цього вони запропонували дослідити хімічний склад знайдених зовсім недавно найдавніших евапоритів - осадових мінералів, які утворюються в результаті кристалізації з пересичених розчинів після випаровування з них води. Мінерали віком близько двох мільярдів років були знайдені в Онезькому палеопротерозойському басейні. Вивчена геологами 800-метрова послідовність пластів, що розташовується на глибині від двох до трьох тисяч метрів і сформувалася саме в палеопротерозої, включала в себе три шари: 100-метровий шар галиту, 500-метровий шар ангідрит-магнезиту і 200-метровий шар доломіт-магнезиту.

Проаналізувавши хімічний склад кожного з трьох мінералів, зокрема концентрацію ізотопів сірки, геологам вдалося отримати досить точні дані про концентрацію сульфатів у морській воді два мільярди років тому, тобто незабаром після кисневої катастрофи. Виявилося, що в цей момент сульфатів у стародавньому океані було не менше 10 мілімоль на кілограм. Ця концентрація приблизно втричі менша за сучасну і відповідає 23 відсоткам окислювальної здатності сучасного океану (з точністю до обсягу води в океані).

Відомо, що в попередню геологічну епоху, неоархей, у воді було менше 200 мікромоль на кілограм сульфатів, тобто практично всі вони утворилися в океані в результаті кисневої катастрофи, і зростання їх вмісту в морській воді продовжився надалі. Накопичення такої великої кількості окислювачів в океані відбулося протягом періоду всього в 100 - 300 тисяч років, що служить одним з підтверджень кисневої катастрофи.

Вчені відзначають, що отримані дані допоможуть більш детально вивчити механізм процесів, які відбувалися з біогеохімічними циклами кисню і вуглекислого газу незабаром після кисневої катастрофи, коли концентрації речовин змінювалися ще з досить великою швидкістю.

Поява в атмосфері великої кількості вільного кисню під час кисневої катастрофи стала причиною появи на Землі аеробних організмів. Однак відомо, що життя на Землі виникло значно раніше - тоді на планеті могли існувати лише анаеробні організми, які, наприклад, могли окисляти сполуки сірки до сульфатів навіть за відсутності достатньої кількості кисню в атмосфері. Останки найдавніших з таких сероокисливих бактерій були виявлені в шарах південноафриканського кремністого сланця віком близько 2,5 мільярда років.