Важный компонент воздуха появился на Земле благодаря вулканам

Австралийские исследователи, проанализировав тектоническую деятельность Земли на протяжении нескольких миллиардов лет, сделали интересное предположение, что причиной образования кислорода в атмосфере стали активные вулканические процессы, будоражившие планету в те далекие времена. Это утверждение способно существенно обогатить знания об эволюции планеты, а также подрывает утверждения экологов о лесах как о «зеленой житнице» кислорода.

Примерно 2,5 млрд лет назад планета хоть и имела атмосферу, но состояла в основном из азота, углекислого газа и серных паров. В подобных условиях зародилась жизнь. Представлена она была в основном простейшими организмами и бактериями, среди которых были так называемые цианобактерии. Ранее считалось, что именно им удалось преобразовать планету и превратить ее в цветущий край. Дело в том, что цианобактерии для получения энергии стали применять фотосинтез с использованием воды. Вследствие чего они быстро распространились по океанам и образовывали массивные колонии. Они и по сей день мощно насыщают атмосферу кислородом. Но исследователей, занимающихся изучением истории эволюции, всегда интересовал вопрос, как первым бактериям удалось все это сделать. Дело в том, что концентрация кислорода повысилась скачкообразно и даже превысила нынешние показатели, достигнув 30%. После чего животный мир получил мощный стимул к развитию и эволюция в течение миллионов лет стала создавать гигантских существ — динозавров.

«Видимо, для резкого насыщения атмосферы кислородом были еще какие-то причины, не ограничивающиеся деятельностью цианобактерий, — рассказывает руководитель группы исследователей Университета Западной Австралии Марк Барли. — В те времена их было слишком мало, чтобы восполнить потребление кислорода из атмосферы в результате геологических процессов или пожаров. Должно быть, не последнюю роль в кислородном насыщении сыграли вулканическая и тектоническая деятельность на поверхности Земли».

Правоту своего предположения сотрудники Университета Западной Австралии совместно с геологами Университета штата Пенсильвания (США) попытались доказать исследованиями образцов породы древних вулканов. Выяснилось, что большинство вулканов в промежутке между 3 и 2 млрд лет назад извергались под водой. И этот факт стал ключом к разгадке. «Мы попытались проследить, как ведут себя подводные вулканы, — продолжает Марк Барли. — Содержание выделяющихся газов у них разное. Так, подводный вулкан выбрасывает магму, которая подвергается охлаждению водой. При этом выделяется сероводород и формируются минералы, в химический состав которых входит много кислорода. Этот кислород забирался из атмосферы и из самой воды. А если учесть размах вулканической активности на Земле, то потребление кислорода было колоссальным.

Следовательно, бактерии просто не успевали его восполнить».

Но вскоре произошло нечто, что повлекло за собой изменение лица планеты. Благодаря подвижкам литосферных плит, вулканы стали медленно подниматься на поверхность мирового океана. Образовывались новые материки, а старые уходили под воду. Но вулканическая деятельность не прекратилась. Просто из-за отсутствия воды изменились химические процессы. Так, потребление кислорода прекратилось и увеличился выброс газов, таких как сера и углекислый газ, которые активно потреблялись древними живыми организмами. Из-за чего кислорода стало больше.

«Действительно резкий скачок изменения концентрации кислорода фиксируется по данным отложениям и осадочным породам, — рассказывает РБК daily заместитель директора Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН, доктор геолого-минералогических наук Арнольд Кадик. — Почему так произошло, мы можем только предполагать. Конечно, вулканы никакой кислород выбрасывать не могут. Но его газы, к примеру сера, являются пищей для колоний бактерий под водой. Они также способны вырабатывать кислород».

И действительно, земные леса дают лишь 10% от всего ежегодного прибавления кислорода в атмосфере. Из чего делается вывод, что другие 90% вырабатываются океанскими водорослями и микроорганизмами. Но не все разделяют это мнение. Есть оппоненты, придерживающиеся теории естественного выделения кислорода из воды. «Кислород может получаться и в результате разложения водяных паров под воздействием ультрафиолетового излучения солнца, — рассказали РБК daily в Геологическом институте РАН. — Площадь океана ежесекундно принимает 25,5 трлн кВт энергии, что может приводить к образованию тысяч тонн водорода и кислорода. В случае если на какой-нибудь из далеких планет есть жаркое солнце и вода, то там обязательно есть и кислород. Кстати, эта теория объясняет появление у Земли так называемой водородной короны. В верхних слоях атмосферы находится большое количество атомов водорода, которые поднимаются вверх после разложения солнцем паров воды. Между тем эта теория пока не доказана, но все же имеет своих сторонников».

«Пока же ни вулканическая, ни солнечная, ни другие теории происхождения кислорода являются не более чем предположениями, и научное сообщество придерживается пока только биологических причин, — рассказывает РБК daily главный научный сотрудник Института геохимии и аналитической химии, доктор геолого-минералогических наук Михаил Назаров. — То есть жизнь породила кислород, а он, в свою очередь, подтолкнул к развитию эволюцию. Но эта теория также не лишена недостатков, благодаря чему мы можем размышлять о том, как происходило все на самом деле».