Учёные из Университета Тохо и Джорджийского технологического института пришли к тревожному выводу: богатая кислородом атмосфера Земли сохранится значительно меньший срок, чем считалось ранее. Согласно исследованию, опубликованному в научном журнале Nature Geoscience, катастрофическая деоксигенация планеты произойдёт на миллиард лет раньше, чем предполагали предыдущие модели. Это означает, что эра аэробной жизни на Земле может завершиться существенно раньше, чем ожидали геологи и астрохимики.

Как строилась цифровая модель Земли

Для оценки эволюции земной атмосферы доцент Университета Тохо Кадзуми Озаки совместно с Кристофером Райнхардом из Джорджийского технологического института разработали детальную цифровую модель планеты, учитывающую климатические и биохимические процессы. Команда провела более 400 000 симуляций, каждый раз варьируя входные параметры — от скорости вращения Земли до интенсивности вулканической активности и продуктивности фотосинтезирующих организмов. Такой масштаб вычислений позволил исследователям построить вероятностную картину изменения атмосферы на масштабе миллиардов лет, а не полагаться на единичные сценарии.

Что произойдёт с атмосферой после деоксигенации

Моделирование показало, что после переломного момента — катастрофической деоксигенации — состав воздуха изменится коренным образом. В атмосфере стремительно возрастет уровень метана, содержание углекислого газа упадёт до критического минимума, а озоновый слой будет полностью разрушен. В таких условиях сложные многоклеточные организмы, растения и животные не смогут выжить. Земля вновь превратится в мир, где будут господствовать исключительно анаэробные микроорганизмы, не требующие молекулярного кислорода для жизнедеятельности. По сути, планета вернётся в состояние, подобное тому, которое доминировало до Великого окислительного события около 2,4 миллиарда лет назад.

Кислородная эра — лишь малая часть истории планеты

Один из ключевых выводов исследования состоит в том, что кислородная эра составляет всего 20–30 процентов от общей истории Земли. С учётом того, что планете около 4,5 миллиарда лет, это означает, что период, в котором атмосфера содержала значительное количество свободного кислорода, занимает лишь порядка 900 миллионов – 1,35 миллиарда лет. Именно этот сжатый временной интервал и определяет окно, в котором на Земле возможна сложная аэробная жизнь. Учёные подчёркивают, что новый расклад сдвигает момент потери кислорода на миллиард лет раньше по сравнению с прежними оценками, сужая и без того ограниченное «окно аэробности».

Почему это важно для поиска жизни во Вселенной

Результаты исследования имеют прямое практическое значение для астрономов, ищущих биосигнатуры — химические следы жизни — на экзопланетах. Если кислородная фаза занимает лишь малую долю жизни планеты, то случайная встреча с экзопланетой именно в этот период крайне маловероятна. Инопланетным цивилизациям, если они существуют, было бы трудно застать Землю в тот узкий момент, когда на ней есть кислород. Исследователи поэтому рекомендуют сместить фокус поиска: человечеству следует целенаправленно искать биосигнатуры, характерные для планет с бескислородной атмосферой, — например, повышенные концентрации метана, сероводорода или других продуктов анаэробного метаболизма. Это, по мнению авторов, существенно повышает шансы на выявление жизни во Вселенной.