Секреты древней атмосферы: как газовые карманы меняют наше представление о жизни на Земле

Атмосфера Земли, слой газов, который делает возможной жизнь, претерпела значительные изменения на протяжении миллионов лет. Однако, как именно она формировалась и развивалась, остаётся предметом научных изысканий.

Древние архивы

Пузырьки воздуха, запечатленные в полярных ледяных кернах, предоставляют ценную информацию о последних 6 миллионах лет — это всего лишь 0,2% истории Земли. Для более ранних эпох, когда зарождалась жизнь, учёным приходилось делать выводы о составе атмосферы на основе её воздействия на металлы и минералы в древних породах.

Сейчас небольшая группа исследователей применяет новый подход: они анализируют микроскопические карманы древней жидкости и газа, заключенные в солях и кварцевых жилах. Из образцов возрастом более 3 миллиардов лет извлекаются записи о благородных газах, кислороде, азоте и углекислом газе. Это открытие стало значительным шагом вперёд в понимании истории атмосферы.

Как отмечает Морган Шаллер, геохимик из Политехнического института Ренсселера, никто не ожидал получить нетронутые образцы воздуха из этих резервуаров.

Прямые доказательства

Хотя многие результаты пока предварительны, они уже подтверждают некоторые предположения об атмосфере и опровергают другие. Например, группа Шаллера обнаружила, что уровень кислорода был достаточно высоким, чтобы поддерживать дыхание животных задолго до их появления на Земле менее 800 миллионов лет назад.

Атмосфера всегда отражала состояние планеты. 4,5 миллиарда лет назад поверхность Земли была океаном магмы, и атмосфера образовалась благодаря газам, которые выделялись из магмы и вулканических извержений. Со временем азот стал доминирующим газом, а кислород появился лишь около 3-3,5 миллиардов лет назад, когда фотосинтезирующие микробы начали его выделять.

Сложный процесс

Исследователи сталкиваются с трудностями при извлечении газов из древних пород. Чтобы добраться до них, они дробят камни и постепенно увеличивают давление в вакуумном прессе, что позволяет высвобождать захваченные газы. Как говорит Рита Параи, геохимик из Университета Вашингтона, "Ключ в дроблении своего рода безумного количества".

Одним из первых, кто получил успешные результаты, стал Бернард Марти из Университета Лотарингии, который изучал включения в кварцевых жилах в Австралии. Его работа подтвердила, что эти образцы действительно содержат древний воздух.

Новые горизонты
Группа Эвиса, исследуя ударную структуру в Индии, обнаружила, что благородные газы, извлеченные из включений, являются первым образцом атмосферы из протерозоя. Это открытие позволяет предположить, что вулканическая активность могла замедлиться на протяжении сотен миллионов лет.

Шаллер и его команда исследуют галиты, соли, образовавшиеся в малых озерах. Эти образцы позволяют захватывать порции воздуха и воды, сохраняя газы на долгое время. Несмотря на сложности, Шаллер разработал метод, учитывающий растворенные газы, что помогает получить более точные данные о составе атмосферы.

Перспективы

Работа других исследователей, таких как Найджел Блейми, также приносит интересные результаты. Они обнаружили, что уровень кислорода в атмосфере 2 миллиарда лет назад был значительно выше ожидаемого. Однако Шаллер сомневается в этих данных, так как они не учитывают растворенные газы.

Недавние исследования Шаллера показывают, что уровень кислорода 815 миллионов лет назад был 6,6%, что все еще выше косвенных оценок. Это открытие делает "скучный миллиард" в истории Земли гораздо более интересным.

Теперь, когда у учёных есть новые методы для изучения атмосферы, мы можем ожидать, что тайны древней Земли будут постепенно раскрыты.