Океаны на протяжении миллиардов лет были не только колыбелью жизни, но и гигантскими "хранилищами" органического углерода. Именно этот элемент во многом определял, как эволюционировали живые организмы, когда появлялись ледниковые эпохи и каким образом накапливался кислород в атмосфере.
Недавнее исследование команды учёных из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Джордона Хемингуэя показало: запасы углерода в древнем океане были куда меньше, чем считалось ранее.
Камни-песчинки, которые хранят историю
В качестве "капсул времени" исследователи использовали необычные образования — ооиды. С виду они напоминают песчинки, но растут по принципу снежного кома: морские волны перекатывают их по дну, и вокруг ядра наслаиваются новые оболочки. В эти слои встраиваются молекулы углерода, сохраняясь миллионы лет.
Команда Хемингуэя проанализировала примеси органики в ооидах возрастом до 1,65 миллиарда лет. Оказалось, что от миллиарда до 541 миллиона лет назад уровень растворённого органического углерода в океане был на 90-99 % ниже современного.
"Наши результаты противоречат всем предыдущим предположениям", — отметил профессор Джордон Хемингуэй.
Эти выводы меняют традиционное понимание связи углерода с эволюцией жизни и ледниковыми периодами.
Как углерод попадает в океаны
Углерод в морской воде существует в разных формах:
- CO₂ из атмосферы растворяется и перемещается течениями вглубь.
- Фитопланктон и бактерии используют солнечный свет и CO₂ для синтеза органических соединений.
- После гибели микроорганизмы превращаются в "морской снег" — поток частиц, который может достигать дна.
Если углерод сохраняется на морском дне, он надолго исключается из биологического цикла. Но часть молекул разлагается, формируя растворённый органический углерод — своеобразный "резервуар", в котором углерода в сотни раз больше, чем во всей живой массе океана.
Кислородные катастрофы и их последствия
Фотосинтез не только создавал строительные блоки жизни, но и обогащал атмосферу кислородом. Две "кислородные катастрофы" стали переломными точками:
- Первая, 2,4-2,1 млрд лет назад, позволила живым существам освоить дыхание кислородом.
- Вторая, около 600 млн лет назад, довела уровень кислорода до современных значений.
Обе эпохи совпали с глобальными оледенениями, когда Земля почти полностью покрывалась льдом.
Новая гипотеза
По словам исследователей, падение уровня углерода в древнем океане связано с появлением более крупных организмов. Их останки тонули быстрее, создавая больше "морского снега".
Но из-за нехватки кислорода в глубинах этот углерод не перерабатывался, а оседал на дне. Лишь когда в глубинные воды проник кислород, баланс начал меняться, и уровень органики вырос до нынешних масштабов — около 660 млрд тонн.
"Нам нужны новые объяснения того, как связаны ледниковые периоды, сложная жизнь и увеличение содержания кислорода", — пояснил ведущий автор исследования Нир Галили.
Советы шаг за шагом: как учёные исследуют прошлое
- Отбирают образцы минералов — в данном случае ооиды.
- С помощью спектроскопии определяют содержание органического углерода.
- Сравнивают данные разных геологических периодов.
- Создают модели, объясняющие связь биохимических и климатических процессов.
А что если история повторится?
Сегодня океаны вновь сталкиваются с нехваткой кислорода из-за глобального потепления и загрязнения. Учёные предупреждают: это может привести к изменениям, похожим на те, что происходили сотни миллионов лет назад.
FAQ
Зачем изучать древний углерод?
Чтобы понять, как формировались климат и жизнь на Земле и прогнозировать будущее.
Можно ли применить метод к другим планетам?
Да, если будут найдены минералы, сохраняющие органику, аналогичные ооидам.
Как это связано с современными проблемами?
Снижение кислорода в океанах сегодня напоминает процессы далёкого прошлого.
Мифы и правда
- Миф: "Чем больше углерода в океане, тем лучше для жизни".
Правда: избыток углерода может нарушить баланс и привести к катастрофам. - Миф: "Океан всегда одинаков".
Правда: его состав и условия кардинально менялись за миллиарды лет. - Миф: "Современные изменения уникальны".
Правда: в истории Земли уже были аналогичные кризисы, но сейчас их ускоряет человек.
3 интересных факта
- Ооиды известны геологам более двухсот лет, но их потенциал как "архива углерода" раскрыли только сейчас.
- Запасы растворённого органического углерода в океане превышают содержание углерода во всех наземных растениях вместе взятых.
- Экстремальные оледенения Земли в период кислородных катастроф иногда называют сценарием "Снежного шара".
Исторический контекст
- В XIX веке учёные впервые заметили аномалии в осадочных породах, предполагая наличие древних биохимических процессов.
- В XX веке появилась гипотеза о "резервуаре углерода", объяснявшая развитие жизни.
- Теперь XXI век приносит новые данные: оказывается, запас органики был куда меньше, чем думали раньше, и именно это позволило кислороду сыграть ключевую роль в эволюции.
Уточнения
Углеро́д (химический символ — C, от лат. Сarboneum) — химический элемент четырнадцатой группы второго периода (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы, IVA) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 6.
Океа́н (др.-греч. Ὠκεανός, от имени древнегреческого божества Океана) — крупнейший водный объект, составляющий часть Мирового океана, расположенный среди материков, обладающий системой циркуляции вод и другими специфическими особенностями.