Источником первого кислорода на Земле была не только жизнь

Первые фотосинтезирующие организмы, цианобактерии, появились на Земле около трех с половиной миллиардов лет назад. Долгое время ученые полагали, что живые организмы служили едва ли не единственным источником свободного кислорода, который еще на протяжении без малого трех миллиардов лет не накапливался в атмосфере, а поглощался земными породами и морской водой.

Однако теперь исследователи выяснили, что как минимум часть раннего кислорода могла произойти из другого источника. Кислород мог поступать в атмосферу из-под земли, в результате движений и разрушений земной коры.

На нынешней Земле плиты ее коры активно перемещаются, а в зонах субдукции одни плиты погружаются под другие. Но ученые до сих пор ведут споры, наблюдалась ли такая же картина миллиарды лет назад. Если да, то особый интерес представляет формирование окисленных магм, в создании которых участвуют окисленные донные отложения и холодная морская вода. Такие магмы отличаются повышенным содержанием воды и кислорода, которые еще многие годы «хранятся» под поверхностью Земли.

Международный коллектив исследователей решил проверить, присутствуют ли следы окисления в неоархейских гранитоидных породах, собранных на территории Канады. Для большей точности ученые изучали состав цирконовых кристаллов, заключенных в этих породах: они наиболее устойчивы к воздействиям окружающей среды и помогают уточнить условия формирования породы, а также ее возраст.

Оказалось, около 2750 миллионов лет назад в этих породах возросло количество окисленной серы, которая могла поступить туда лишь из кислородсодержащего источника. Поскольку гранитоидные породы — магматического происхождения, это означает, что под корой неоархейской Земли уже формировались окисленные магмы и во время вулканических извержений кислород мог выбрасываться в атмосферу.

Пока ученые не могут сказать, откуда брался кислород в земной магме того времени, ведь в океанах его все еще было крайне мало. Возможно, в процессе субдукции океаническая вода погружалась вглубь нашей планеты, где молекулы воды разрушались на водород и свободный кислород, а последний уже окислял вышележащие слои магмы. 

Поскольку сегодня Земля — единственное небесное тело в Солнечной системе, у которого наблюдается движение тектонических плит, новые данные могут объяснить нехватку кислорода на других планетах, причем не только вращающихся вокруг Солнца, но и в других местах во Вселенной.

Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.