Изображение: NASA/Goddard Image Lab
Ранняя Земля была горячей, пыльной и динамичной планетой с атмосферой и океаном. Затем ее поверхность остыла и стабилизировалась настолько, что облака, суша и ранняя жизнь сформировались около четырех миллиардов лет назад, во время так называемого изотопного возраста горных пород, или Архейского периода.
Атмосферные химические побочные продукты с того времени путешествовали по воздуху и осаждались внутри самых старых пород планеты, записывая самые ранние действия жизни, такие как фотосинтез и производство кислорода.
Изотопы серы могут служить индикаторами атмосферного кислорода, и новые данные, собранные из современной атмосферы в Китае международной группой исследователей во главе с Калифорнийским университетом Сан-Диего, указывают на удивительное сходство с изотопным следом, найденным в древних породах.
Это открывает новые интерпретации осадочной сигнатуры изотопа серы Архейского периода — для происхождения и эволюции атмосферного кислорода и ранней жизни на Земле.
«Используя стабильные и радиоактивные изотопы, мы смогли сосредоточиться на новых источниках изотопного эффекта сегодня и лучше определить раннюю атмосферу и эволюцию жизни», — говорят ученые.
В атмосфере архея уровни кислорода и озона были достаточно низкими, чтобы ультрафиолетовый (УФ) свет проникал на поверхность Земли и диссоциировал двуокись серы, из-за чего производилась конкретная изотопная картина. Исследование показывает, что стабильные изотопные композиции серы являются аномальными и имитируют измерения древних изотопов серы.
Кроме того, фоторазрушение диоксида серы ультрафиолетовым светом в атмосфере ранней Земли обеспечивает измерение уровня кислорода. Исследователи говорят, что уровни кислорода и озона на ранней Земле были достаточно низкими, чтобы УФ-свет достиг поверхности Земли, диссоциируя диоксид серы и создавая аномалии.
Измерение аномалий серы в древнейших породах как мера уровней кислорода было обнаружено в лаборатории исследовательской группы Thiemens в UC San Diego. Этот метод широко используется для отслеживания уровня кислорода до примерно 2,2 миллиарда лет назад, когда уровни кислорода и озона повысились до таких уровней, что ультрафиолетовый свет отфильтровывался, и аномалия исчезла.
Неожиданность измерений заключалась в том, что с комбинированным стратосферным индикатором Sulphur-35 (радиоактивный изотоп серы) и другим стабильным изотопом стабильной серы нет корреляции, — говорят исследователи.
Была продемонстрирована корреляция с известными продуктами горения, что процессы сжигания биомассы и горения приводят к этой специфической аномалии изотопов, которая ранее не была известна, обеспечивая новую интерпретацию ранней химии Земли и предполагая, что существуют другие процессы, которые происходят на ранней Земле, такие как вулканы, которые могут вызвать аномалии наряду с фотолизом ультрафиолетового света.
Больше информации: Mang Lin et al. Five-S-isotope evidence of two distinct mass-independent sulfur isotope effects and implications for the modern and Archean atmospheres, Proceedings of the National Academy of Sciences (2018). DOI: 10.1073/pnas.1803420115