Многообразие форм жизни на Земле обязано тектонической активности
Ученые выяснили, как создавалась современная атмосфера 500 миллионов лет назад. Тектоническая активность вызвала кислотные дожди, которые высвободили углекислый газ из воздуха. Последующее охлаждение позволило планктону насытить атмосферу кислородом.
Геологи из Университета штата Огайо предложили новую модель насыщения кислородом атмосферы Земли. В результате этого процесса образовался слой атмосферы, очень похожий по составу на ту, которой мы дышим сегодня.
Исследования ученых показывают, что структурная активность в земной коре вызвала обратный парниковый эффект около 500 миллионов лет назад. Это привело к охлаждению океанов, вызвавшему взрыв планктона и быстрое увеличение содержания кислорода в атмосфере.
Эта высокая концентрация кислорода, по-видимому, стала отправной точкой для разнообразия жизни на Земле.
Мэтью Зальцман, доцент кафедры наук о Земле в Университете штата Огайо, вместе со своей командой в течение десяти лет собирал доказательства изменения климата, произошедшего 500 миллионов лет назад в позднем кембрии. Для этого они изучили химический состав различных минералов со всего мира. Целью проекта было установить полную последовательность событий, приведших к быстрому развитию жизни.
Недавняя работа группы американских геологов в малонаселенных районах центральной части США и Австралии выявила новые свидетельства событий геологического масштаба.
Количество углерода и серы в породах говорит о том, что это событие значительно понизило температуру поверхности Земли на два миллиона лет. С геологической точки зрения, это очень короткий период времени. До этого Земля была парником, содержащим в 20 раз больше углекислого газа, чем нынешняя атмосфера. По мере охлаждения углекислый газ замещался кислородом, в результате чего климат и состав атмосферы стали очень близки к нынешнему состоянию.
Однако до этого момента планету населяли лишь примитивные одноклеточные и многоклеточные организмы. Жизнь тлела только в океанах, в основном в виде планктона, трилобитов и губок. Первые предки современных растений существовали уже в кембрии, но разнообразия форм жизни не было.
Однако в позднем кембрии произошел так называемый кембрийский взрыв. Это было внезапное и резкое увеличение количества форм жизни, обнаруженных в осадочных отложениях земной коры.
— Одна из величайших загадок в истории жизни на Земле. Потребовалось 2,5 миллиарда лет, чтобы простые клетки эволюционировали в более сложные эукариотические клетки, и еще 700 миллионов лет, чтобы сформировались первые многоклеточные организмы.
Затем, в ордовикско-палеозойскую эру, которая началась около 490 миллионов лет назад, один за другим стали появляться новые виды растений и животных. Первые коралловые рифы и первые рыбы появились именно тогда. Пока животные исследовали океаны, растения активно осваивали сушу. Фактическое разделение видов и формирование многих мелких ветвей эволюционного филогенетического древа произошло в ордовике, но только самые крупные ветви существовали в кембрии.
До сих пор ученые не дали убедительного объяснения разнообразию форм жизни. Хотя насыщение атмосферы кислородом и быстрая эволюция тесно связаны, пока не найдено доказательств того, что изменения в составе атмосферы были ответственны за быстрое развитие жизни.
Ученые из Огайо изучают быстрые изменения кембрийского климата с тех пор, как Зальцман нашел первое свидетельство процесса, который снизил концентрацию углекислого газа в атмосфере западной части США. За первым слоем породы последовал второй, на этот раз в Европе.
Сегодняшние открытия в пустынях Мезоамерики и Австралии дают Зальцману основания полагать, что события имели глобальный масштаб.
Многие из современных континентов скрыты морской водой или были частью доисторического суперконтинента Гондвана, который был быстро разрушен кислотными дождями, поскольку тектонические движения выносили на поверхность все больше и больше горных пород. Эти интенсивные осадки переносили углекислый газ из атмосферы в осадочные породы, а также способствовали выработке кислорода. Таким образом, создается обратный парниковый эффект.
Однако из предыдущих исследований Зальцманн знал, что атмосферный углекислый газ постепенно замещается кислородом, но ученым было неясно, задерживается ли он в атмосфере.
Чтобы выяснить это, исследователи сравнили количество так называемого «неорганического» углерода, выпавшего в осадок в результате кислотных дождей, с количеством углерода, образующегося при планктонном фотосинтезе. Поскольку планктон содержит разное количество изотопов углерода в зависимости от количества кислорода в атмосфере, геологи смогли рассчитать количество кислорода, высвободившегося за это время, и время, в течение которого он оставался в атмосфере.
Ученые также смогли определить, что переизлученный кислород не был поглощен соединениями серы, изучив изотопный состав серы, хотя такие предположения также были сделаны.
Шестисульфатная эпоха началась 570 миллионов лет назад и продолжалась около 320 миллионов лет. В нем выделяют ранний и поздний палеозойский период.
В итоге Зальцман предположил, что события развивались следующим образом Структурная активность привела к усилению атмосферных процессов на Земле, что привело к появлению сильных кислотных дождей, которые отложили большую часть атмосферного углекислого газа в нелетучих карбонатных минералах. Это явление привело к похолоданию Земли. Более холодные океаны стали более пригодными для жизни, что привело к чрезвычайному распространению планктона, который выделял большое количество кислорода в процессе фотосинтеза.
Только после этого произошел «кембрийский взрыв», приведший к резкому увеличению биомассы планеты и образованию удивительно разнообразных организмов.
В качестве вывода из своего исследования Зальцман предлагает задуматься о чувствительности атмосферы к количеству углекислого газа в ней. Люди существуют благодаря краткому моменту в истории Земли, когда тектоническая активность снизила концентрацию атмосферного CO2. Глобальное похолодание сначала значительно ускорило развитие жизни на Земле, но через 50 миллионов лет, в конце ордовикского периода, другая тектоническая активность (вероятно, образование Аппалачских гор) вызвала резкое похолодание климата, что привело к гибели более 95% жизни. На планете.
Споры о том, является ли нынешнее накопление CO2 в атмосфере антропогенным или это циклический процесс на Земле, не утихают до сих пор. Однако ученые предупреждают, что нет никаких сомнений в том, что природный баланс, поддерживающий жизнь на Земле, хрупок и может легко разрушиться.
