25 декабря

Открыть запечатанное письмо из далекого прошлого — мечта любого историка. Но что, если послание написано не чернилами, а пузырьками воздуха, запертыми в кристаллах соли на миллиард лет?

Представьте себе: мир, где на безжизненных берегах озера, напоминающего Долину Смерти, живут лишь невидимые глазу бактерии, а красные водоросли — самые сложные организмы на планете. Солнце тогда было тусклее, но климат оставался достаточно теплым. И в этот момент, под его лучами, испаряющаяся вода попала в крошечные прозрачные саркофаги из каменной соли. Эти кристаллы, словно капсулы времени, терпеливо ждали своего часа, храня секрет воздуха эпохи, когда сложная жизнь еще не сделала своего первого вдоха. И вот теперь, благодаря труду ученых, мы можем, наконец, изучить этот воздух и узнать его состав.

Более миллиарда лет назад, в мезопротерозойскую эру, на территории современного Онтарио существовало обширное мелководное озеро. В процессе его испарения формировались кристаллы галита (каменной соли), внутри которых в микроскопических полостях оказались захвачены капли рассола и, что самое важное, пузырьки воздуха того времени. Эти кристаллы, погребенные под толщами осадочных пород, оставались нетронутыми на протяжении 1.4 миллиарда лет, сохраняя уникальные образцы древней атмосферы в неизменном виде.

Группа исследователей под руководством профессора Моргана Шаллера из Политехнического института Ренсселера, совершила новое открытие, сумев провести точный анализ этих включений. Главной научной проблемой долгое время было разделение сигналов от газа, растворенного в рассоле, и от свободного воздуха в пузырьке, поскольку такие газы, как кислород и углекислый газ, по-разному ведут себя в воде и в воздухе. Команде удалось решить эту задачу, разработав и применив специальное оборудование и методики, позволившие впервые получить прямые и точные данные о составе атмосферы столь отдаленной эпохи.

Результаты анализа, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показали, что воздух мезопротерозоя содержал около 3.7% кислорода. Этот уровень значительно ниже современного (около 21%), но неожиданно высок для той эры, считавшейся временем хронического дефицита кислорода. Теоретически такого количества было бы достаточно для дыхания примитивных многоклеточных животных, которые, однако, появятся в палеонтологической летописи лишь сотни миллионов лет спустя.

Параллельно исследователи установили, что концентрация углекислого газа в атмосфере того периода была примерно в десять раз выше нынешней. Это открытие имеет ключевое значение для понимания климата древней Земли. Более тусклое молодое Солнце должно было создавать на планете условия глобального оледенения, однако высокий уровень CO2, который является мощным парниковым газом, эффективно компенсировал этот эффект, поддерживая мягкий, сопоставимый с современным климат. Данные прямых измерений разрешили давний научный спор, согласовав отсутствие следов масштабных оледенений в ту эпоху с необходимыми для этого климатическими условиями.

Эти находки заставляют по-новому взглянуть на период, который геологи называют «скучным миллиардом». Высокое содержание кислорода, зафиксированное в образцах, может быть не постоянным фоном, а кратковременным всплеском, своеобразным «кислородным импульсом». Возможно, он был связан с расцветом красных водорослей, появившихся как раз в то время и способных к активному фотосинтезу. Таким образом, ученые, возможно, запечатлели мимолетный, но яркий эпизод динамичной жизни атмосферы Земли.

Новое исследование предоставляет прямые данные, которые служат новым фундаментальным ориентиром для всех моделей, описывающих эволюцию земной атмосферы, климата и жизни. Оно напоминает, что история нашей планеты полна неожиданных поворотов, а ответы на величайшие вопросы о происхождении сложной жизни могут быть надежно запечатаны в самых обычных, на первый взгляд, минералах.