Геологи переписывают предысторию земной атмосферы

Работа, о которой профессор Вашингтонского университета Дэвид Кэтлинг (David Catling) и его коллеги сообщают в журнале Nature Geoscience, ставит под сомнение все прежние представления об атмосфере Земли в эпоху неоархея, между 2,5 и 2,8 млрд лет назад. Мы привыкли видеть воздух той поры плотным, густым и туманным – такая картина родилась из известного «парадокса молодого слабого Солнца».

В самом деле, астрономы указывают, что наша звезда в то время еще не набрала полную силу и светимость ее была примерно на 30% ниже сегодняшней. С другой стороны, достоверные геологические данные показывают, что на планете при этом существовали обширные океаны жидкой воды, а температура была даже выше, чем сегодня. Считается, что для этого Землю должен был сильно «подогревать» некий дополнительный фактор, и главным кандидатом на эту роль выступает именно плотная атмосфера, способная создавать парниковый эффект.

Кислорода в ней практически не было, содержание углекислого газа оставалось невелико, а азот доминировал. Чтобы такая атмосфера вызывала необходимый подогрев планеты, ей необходимо быть плотной: расчеты показывают, что давление ее должно было в 1,6–2,4 раза превышать нынешнее. Однако находки, сделанные командой Дэвида Кэтлинга, неожиданно опровергают эти представления.

Исследователи изучили застывшие около 2,7 млрд лет лавовые породы кратона Пилбара – древней геологической платформы на западе нынешней Австралии. Состояние воздушных пузырьков в этой окаменевшей пене никак не согласуется с предыдущими выкладками: по оценкам Кэтлинга с соавторами, давление атмосферы в тот период было заметно – на 23% – меньше нынешнего. Авторы признают, что точность этой оценки не слишком велика, однако принципиально в результате не сомневаются: с вероятностью 0,95 эта величина лежит в пределах 0–0,5 современного атмосферного давления.

Нехватка азота в атмосфере той эпохи могла быть связана с активностью живых организмов. Механизмы азотфиксации, появившиеся у некоторых микроорганизмов около 3,2 млрд лет назад, позволили им активно улавливать молекулы азота прямо из воздуха, превращать в соли аммония и использовать для построения белков и нуклеиновых кислот. Нововведение обеспечило этим микробам долгое процветание, но привело и к падению атмосферного давления.

Ученые полагают, что лишь впоследствии, когда азотфиксацию дополнил фотосинтез, а в атмосфере стал появляться кислород, аммоний смог быстро окисляться и возвращаться в воздух в виде молекулярного азота, а на планете окончательно утвердился круговорот веществ между атмосферой и земной корой, океаном и живыми существами.