Пресная вода могла появиться на Земле на 500 миллионов лет раньше, чем считалось ранее
Новые свидетельства, обнаруженные в древних кристаллах эпохи Катархей, указывают на то, что пресная вода начала проникать в земную кору 4 миллиарда лет назад, что на 500 миллионов лет раньше, чем предполагалось ранее. Это открытие ставит под сомнение широко распространенную гипотезу о том, что Земля в то время была полностью покрыта водой. Оно также может отодвинуть дату возникновения жизни всего на несколько сотен миллионов лет после формирования нашей планеты.
Катархей, первый геологический эон Земли, начался около 4,5 миллиарда лет назад и последовал за плавлением мантии Земли. Считается, что это был динамичный период, в течение которого условия на Земле сильно отличались от современных. Однако геологические данные свидетельствуют о том, что планетарная среда уже тогда была очень похожа на современную. Однако условия, при которых враждебная среда постепенно становилась благоприятной для жизни, остаются неясными.
Исследователи полагают, что взаимодействие пресной воды из метеоритов и формирующейся континентальной коры могло стать главным толчком к расцвету жизни. Эти условия необходимы для превращения строительных блоков жизни и аминокислот (составляющих ДНК) в живые организмы, способные к эволюции. С другой стороны, пресная вода может существовать только на относительно больших участках суши из-за вторжения морской воды (явление, при котором она просачивается глубоко в кору).
Записи о самых древних формах жизни датируются 3,48 миллиарда лет назад. Это строматолиты (микробные рифы), обнаруженные более чем в 800 километрах к северу от формации Jacks Hills (в Западной Австралии) — древнейших геологических структур на планете. По некоторым данным, первые формы жизни могут существовать уже 3,8 миллиарда лет или даже больше. Однако, согласно общепринятой гипотезе, около 4 миллиардов лет назад поверхность Земли была полностью покрыта коричневатым океаном, насыщенным железом и растворенными минералами.
Новое исследование позволяет предположить, что пресная вода начала накапливаться в земной коре гораздо раньше, чем считалось ранее. Проанализировав кристаллы, взятые из формации Jack Hills, исследователи из Университета Кертина (Австралия) обнаружили следы пресной воды, датируемые всего несколькими сотнями миллионов лет после образования Земли, что противоречит общепринятой гипотезе.
«Нам удалось установить дату зарождения гидрологического цикла — непрерывного процесса перемещения воды по Земле, имеющего решающее значение для поддержания экосистем и жизни на нашей планете», — объясняет Хамед Гамалельдиен, ведущий автор исследования, подробно описанного в журнале , в пресс-релизе Университета Кертина. В исследовании также принимали участие Университет Халифа (Объединенные Арабские Эмираты) и Китайская академия наук.
Следы пресной воды, датируемые 4 миллиардами лет назад
Для анализа ученые отобрали кристаллы циркона из формации Jack Hills. В то время как возраст самых древних пород едва достигает 4 миллиардов лет, возраст кристаллов может достигать 4,4 миллиарда лет. Циркон также чрезвычайно устойчив к выветриванию и изменению. Эта устойчивость идеальна, поскольку геохимические процессы, происходившие на Земле в течение миллиардов лет жизни, могли стереть первичные химические сигналы, которые привели к образованию большинства пород и кристаллов.
«Большинство других типов минералов гораздо легче поддаются модификации, и этот процесс уничтожит их первоначальный химический состав и не даст нам никаких подсказок о глубоком прошлом Земли», — пишут исследователи в статье, опубликованной на сайте The Conversation. Эксперты обнаружили, что около 10 % проанализированных кристаллов датируются более чем 4 миллиардами лет, что значительно больше, чем другие древние геологические образования на Земле.
Затем, чтобы определить, содержали ли самые древние кристаллы пресную воду, они использовали вторичную ионную масс-спектрометрию для измерения соотношения изотопов кислорода. Этот метод предполагает бомбардировку поверхности анализируемого образца пучком ионов и измерение уровня химически тяжелого и легкого кислорода соответственно. Предполагается, что соотношение, полученное путем деления одного на другое, практически постоянно в присутствии морской воды, в то время как в присутствии пресной воды оно значительно ниже.
В некоторых кристаллах была обнаружена очень легкая изотопная подпись кислорода, что указывает на взаимодействие с пресной водой. По мнению экспертов, чтобы сохранить эту подпись в течение миллиардов лет, порода, измененная пресной водой, должна была раствориться, а затем перекристаллизоваться. Считается, что светлые изотопы кислорода появились в результате просачивания теплой пресной воды на несколько километров под землю. Это отодвигает появление пресной воды на земной коре по меньшей мере на 4 миллиарда лет назад.
По словам Хьюго Олерука из Университета Кертина, соавтора исследования, «это открытие не только проливает свет на раннюю историю Земли, но и позволяет предположить, что континентальные суши и пресная вода проложили путь для расцвета жизни в относительно короткий период времени — менее чем через 600 миллионов лет после формирования планеты». Эти открытия потенциально могут проложить путь к новой парадигме в нашем понимании геологической истории Земли и возникновения жизни, стимулируя, в частности, дальнейшие исследования.