Міжнародна група геологів та геохіміків опублікувала в журналі Nature Geoscience дослідження, яке суттєво зміщує часову рамку появи перших ознак насичення киснем на Землі. Ключовим інструментом роботи стали кристали циркону віком до 3,4 мільярда років, всередині яких вчені виявили запечатаний мінерал апатит. Саме хімічний склад сірки в цьому апатиті виявився «могильною плитою» давньої атмосфери: форма сірчаних сполук точно відображає кількість вільного кисню в момент формування мінералу. Результати показали, що локальні «кисневі оази» існували на планеті значно раніше, ніж припускалося раніше, — в інтервалі від 3 до 3,4 мільярда років тому.
Як влаштовано «капсульне време» циркону
Вибір циркону як об'єкта дослідження не випадковий. Цей мінерал має виняткову хімічну стабільність і здатний зберігатися у практично незмінному вигляді протягом мільярдів років, переживаючи навіть найагресивніші геологічні процеси. Всередині окремих кристалів циркону вчені виявили включення апатиту, які виявилися герметично запечатаними в матриці хазяїна. Така «капсуляція» захистила апатит від будь-яких подальших хімічних впливів — вивітрювання, метаморфізму, гідротермальної переробки. За товщиною вивчені кристали поступаються людській волосині, проте всередині них зосереджені мікроскопічні частки елементів, що несуть інформацію про склад атмосфери епохи, коли Земля радикально відрізнялася від сучасного вигляду планети.
Географія зразків та методика аналізу
Дослідження мало по-справжньому міжнародний характер. Зразки давніх порід були зібрані у п'яти точках планети: у Шотландії, Фінляндії, Південній Африці, Бразилії та Австралії. Усі зразки віком до 3,4 мільярда років були передані до Портсмутського університету, а фінальний етап аналізу провели на Європейському синхротроні (ESRF) у Греноблі, використовуючи потужне рентгенівське випромінювання для точного визначення валентного стану сірки в апатиті. Методологічну надійність роботи забезпечує порівняння одного й того самого типу породи, сформованого на проміжку в мільярди років: це дозволило виключити систематичні спотворення даних та відокремити первинний сигнал про кисень від артефактів пізньої геологічної історії.
«Ксневі оази» за мільярд років до Великої події окиснення
Довгий час у науковому середовищі укорінилася модель, згідно з якою атмосфера та океани Землі практично не містили вільного кисню до так званої Великої події окиснення (Great Oxidation Event), датованої приблизно 2,3 мільярда років тому. Нове дослідження цю картину переглядає. Аналіз сірчаних сполук в апатиті свідчить, що вже в інтервалі 3–3,4 мільярда років тому на поверхні планети існували локальні зони з підвищеним вмістом кисню — ті самі «кисневі оази». Це не означає, що атмосфера загалом була насичена O₂, однак наявність навіть обмежених за площею, але хімічно підтверджених зон вільного кисню свідчить про те, що біогенне або фотохімічне виробництво кисню почалося на мільярд років раніше, ніж вважалося.
Зв'язок поверхні та мантії: роль субдукції
Не менш важливо те, що в цей же період мантия Землі вже реагувала на кисень, присутній на поверхні, через процес субдукції — занурення тектонічних плит углиб мантії з переробкою поверхневих порід. Це означає, що глибокі шари планети та її поверхня були функціонально пов'язані й взаємодіяли значно раніше, ніж припускали колишні моделі. Дослідники підкреслюють: саме тектоніка плит відіграла ключову роль у створенні та підтриманні умов, що зробили Землю придатною для життя. Відкриття не має прямого практичного застосування в повсякденному житті, проте наближає науку до відповіді на фундаментальне питання — як саме наша планета перетворилася з бескисневого світу на середовище, здатне підтримувати складну біосферу.
