Три подъёма кислорода в атмосфере по изотопам сульфатов; глубокий океан отставал до 600 млн лет

Двое геохимиков из Чэнду­ского технологического университета опубликовали в The Innovation обзор, в котором реконструируется, как кислород попадал в атмосферу и океаны Земли. По данным о тройных изотопах кислорода в сульфатах, содержание O2 в атмосфере росло тремя большими ступенями, а глубокий океан отставал после каждой, в последнем случае примерно на 600 млн лет sciencedirect.comThe Innovationsciencedirect.comОткрыть источник ↗.

Изотопы сульфатов как запись атмосферы

Атмосферный кислород несёт характерный дефицит кислорода-17, создаваемый фотохимией O2–O3–CO2. При выветривании сульфидных минералов этот сигнал переходит в сульфат, поэтому осадочный сульфат хранит запись об атмосфере, а не о море. Прежние реконструкции судили о составе воздуха по химии океана в геологической летописи, но редокс-состояние океана зависит также от питательных веществ, продуктивности, циркуляции и формы бассейна.

По этой записи первый подъём, Великое кислородное событие, приходится на 2,4–2,1 млрд лет назад. Он поднял содержание кислорода с уровня ниже одной миллионной современного до значения от одной тысячной до одной десятой. Второй и третий подъёмы отнесены к 1,3–1,0 и 0,44–0,41 млрд лет назад. Классические неопротерозойское и палеозойское события оксигенации, 0,8–0,5 и 0,42–0,36 млрд лет назад, рассматриваются как запаздывающий отклик океана, отстающий от воздуха примерно на 200 и 30 млн лет.

Между подъёмами кислорода оставалось мало. Моделирование, откалиброванное по изотопным данным, даёт для атмосферы среднего протерозоя 0,1–1% от современного уровня. Древесный уголь, для горения которого нужно около трёх четвертей современного уровня, появляется лишь около 420 млн лет назад sciencedirect.comThe Innovationsciencedirect.comОткрыть источник ↗.

Связь воздуха и океана

На масштабе миллиарда лет оба резервуара растут вместе, а на масштабе миллиона лет могут расходиться. Импульс кислорода в океан окисляет накопленные органический углерод и сульфид, расходуя газ и снижая его содержание в атмосфере. Поэтому часть пиков, прежде трактовавшихся как рост кислорода, может отмечать его спад.

Оксигенация океана была неоднородной. Оазисы кислорода, созданного фотосинтезирующими микробами, возникают с 3 млрд лет назад или раньше, а позднее преобладает кислород, поступающий из воздуха. Полностью оксигенированная внутренняя часть океана появляется лишь около 0,41 млрд лет назад.

По мнению авторов, при бескислородном воздухе кислород жёстко ограничивал жизнь, а в протерозое стал разрешающим условием. Лишь после третьего подъёма он начал активно усиливать сложность: крупные тела, активное хищничество, более глубокие местообитания sciencedirect.comThe Innovationsciencedirect.comОткрыть источник ↗. Авторы отмечают пределы работы: разрешение изотопных данных грубое, абсолютные уровни после 1,0 млрд лет назад определены плохо, а дальнейшие ступени перехода могут быть не видны. Исследование — обзор литературы, а не новые измерения.