Онежские эвапориты оказались свидетелями кислородной катастрофы

Анализ химического состава эвапоритов (осадочных минералов, образующихся после испарения воды) возрастом около двух миллиардов лет, найденных в Онежском палеопротерозойском бассейне, помог изучить состав океана на древней Земле. В частности, с помощью него удалось оценить концентрацию в древнем океане сульфатов и подтвердить таким образом произошедшую на планете в начале палеопротерозоя кислородную катастрофу, пишут ученые в Science.

В начале палеопротерозоя — около 2,4 миллиардов лет назад — на Земле произошла кислородная катастрофа, глобальное изменение состава атмосферы, во время которого в воздухе значительно увеличилась концентрация кислорода, превратив атмосферу из восстановительной в окислительную. Материальных свидетельств этого события на планете осталось очень мало, поэтому геологи активно ищут новые методы анализа динамики самого перехода и его непосредственных последствий. Например, совсем недавно ученые предложили использовать для подобных оценок анализ изотопного состава ксенона в органических включениях древних горных пород.

Геохимики под руководством Клары Блетлер (Clara L. Blättler) из Принстонского университета нашли еще один способ изучения динамики химического состава воздуха в палеопротерозое. Для этого они предложили исследовать химический состав найденных совсем недавно древнейших эвапоритов — осадочных минералов, которые образуются в результате кристаллизации из пересыщенных растворов после испарения из них воды. Минералы возрастом около двух миллиардов лет были найдены в Онежском палеопротерозойском бассейне. Изученная геологами 800-метровая последовательность пластов, располагающаяся на глубине от двух до трех тысяч метров и сформировавшаяся как раз в палеопротерозое, включала в себя три слоя: 100-метровый слой галита, 500-метровый слой ангидрит-магнезита и 200-метровый слой доломит-магнезита.

Проанализировав химический состав каждого из трех минералов, в частности концентрацию изотопов серы, геологам удалось получить довольно точные данные о концентрации сульфатов в морской воде два миллиарда лет назад, то есть вскоре после кислородной катастрофы. Оказалось, что в этот момент сульфатов в древнем океане было не меньше 10 миллимоль на килограмм. Эта концентрация примерно в три раза меньше современной и соответствует 23 процентам окислительной способности современного океана (с точностью до объема воды в океане).

Известно, что в предыдущую геологическую эпоху, неоархей, в воде было менее 200 микромоль на килограмм сульфатов, то есть практически все они образовались в океане в результате кислородной катастрофы, и рост их содержания в морской воде продолжился в дальнейшем. Накопление такого большого количества окислителей в океане произошло в течение периода всего в 100 — 300 тысяч лет, что служит одним из подтверждений кислородной катастрофы.

Ученые отмечают, что полученные данные помогут более детально изучить механизм процессов, которые происходили с биогеохимическими циклами кислорода и углекислого газа вскоре после кислородной катастрофы, когда концентрации веществ менялись еще с довольно большой скоростью.

Появление в атмосфере большого количества свободного кислорода во время кислородной катастрофы стало причиной появления на Земле аэробных организмов. Однако известно, что жизнь на Земле возникла значительно раньше — тогда на планете могли существовать лишь анаэробные организмы, которые, например, могли окислять соединения серы до сульфатов даже в отсутствие достаточного количества кислорода в атмосфере. Останки самых древних из таких сероокисляющих бактерий были обнаружены в слоях южноафриканского кремнистого сланца возрастом около 2,5 миллиарда лет.

Александр Дубов