Швейцарские учёные перевернули представление об океане: нашли секрет, который скрывался миллиарды лет

Океаны на протяжении миллиардов лет были не только колыбелью жизни, но и гигантскими "хранилищами" органического углерода. Именно этот элемент во многом определял, как эволюционировали живые организмы, когда появлялись ледниковые эпохи и каким образом накапливался кислород в атмосфере.

Недавнее исследование команды учёных из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Джордона Хемингуэя показало: запасы углерода в древнем океане были куда меньше, чем считалось ранее.

Камни-песчинки, которые хранят историю

В качестве "капсул времени" исследователи использовали необычные образования — ооиды. С виду они напоминают песчинки, но растут по принципу снежного кома: морские волны перекатывают их по дну, и вокруг ядра наслаиваются новые оболочки. В эти слои встраиваются молекулы углерода, сохраняясь миллионы лет.

Команда Хемингуэя проанализировала примеси органики в ооидах возрастом до 1,65 миллиарда лет. Оказалось, что от миллиарда до 541 миллиона лет назад уровень растворённого органического углерода в океане был на 90-99 % ниже современного.

"Наши результаты противоречат всем предыдущим предположениям", — отметил профессор Джордон Хемингуэй.

Эти выводы меняют традиционное понимание связи углерода с эволюцией жизни и ледниковыми периодами.

Как углерод попадает в океаны

Углерод в морской воде существует в разных формах:

• CO₂ из атмосферы растворяется и перемещается течениями вглубь.
• Фитопланктон и бактерии используют солнечный свет и CO₂ для синтеза органических соединений.
• После гибели микроорганизмы превращаются в "морской снег" — поток частиц, который может достигать дна.

Если углерод сохраняется на морском дне, он надолго исключается из биологического цикла. Но часть молекул разлагается, формируя растворённый органический углерод — своеобразный "резервуар", в котором углерода в сотни раз больше, чем во всей живой массе океана.

Кислородные катастрофы и их последствия

Фотосинтез не только создавал строительные блоки жизни, но и обогащал атмосферу кислородом. Две "кислородные катастрофы" стали переломными точками:

1. Первая, 2,4-2,1 млрд лет назад, позволила живым существам освоить дыхание кислородом.
2. Вторая, около 600 млн лет назад, довела уровень кислорода до современных значений.

Обе эпохи совпали с глобальными оледенениями, когда Земля почти полностью покрывалась льдом.

Новая гипотеза

По словам исследователей, падение уровня углерода в древнем океане связано с появлением более крупных организмов. Их останки тонули быстрее, создавая больше "морского снега".

Но из-за нехватки кислорода в глубинах этот углерод не перерабатывался, а оседал на дне. Лишь когда в глубинные воды проник кислород, баланс начал меняться, и уровень органики вырос до нынешних масштабов — около 660 млрд тонн.

"Нам нужны новые объяснения того, как связаны ледниковые периоды, сложная жизнь и увеличение содержания кислорода", — пояснил ведущий автор исследования Нир Галили.

Советы шаг за шагом: как учёные исследуют прошлое

1. Отбирают образцы минералов — в данном случае ооиды.
2. С помощью спектроскопии определяют содержание органического углерода.
3. Сравнивают данные разных геологических периодов.
4. Создают модели, объясняющие связь биохимических и климатических процессов.

А что если история повторится?

Сегодня океаны вновь сталкиваются с нехваткой кислорода из-за глобального потепления и загрязнения. Учёные предупреждают: это может привести к изменениям, похожим на те, что происходили сотни миллионов лет назад.

FAQ

Зачем изучать древний углерод?
Чтобы понять, как формировались климат и жизнь на Земле и прогнозировать будущее.

Можно ли применить метод к другим планетам?
Да, если будут найдены минералы, сохраняющие органику, аналогичные ооидам.

Как это связано с современными проблемами?
Снижение кислорода в океанах сегодня напоминает процессы далёкого прошлого.

Мифы и правда

• Миф: "Чем больше углерода в океане, тем лучше для жизни".
  Правда: избыток углерода может нарушить баланс и привести к катастрофам.
• Миф: "Океан всегда одинаков".
  Правда: его состав и условия кардинально менялись за миллиарды лет.
• Миф: "Современные изменения уникальны".
  Правда: в истории Земли уже были аналогичные кризисы, но сейчас их ускоряет человек.

3 интересных факта

1. Ооиды известны геологам более двухсот лет, но их потенциал как "архива углерода" раскрыли только сейчас.
2. Запасы растворённого органического углерода в океане превышают содержание углерода во всех наземных растениях вместе взятых.
3. Экстремальные оледенения Земли в период кислородных катастроф иногда называют сценарием "Снежного шара".

Исторический контекст

• В XIX веке учёные впервые заметили аномалии в осадочных породах, предполагая наличие древних биохимических процессов.
• В XX веке появилась гипотеза о "резервуаре углерода", объяснявшая развитие жизни.
• Теперь XXI век приносит новые данные: оказывается, запас органики был куда меньше, чем думали раньше, и именно это позволило кислороду сыграть ключевую роль в эволюции.

Уточнения

Углеро́д (химический символ — C, от лат. Сarboneum) — химический элемент четырнадцатой группы второго периода (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы, IVA) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 6.

Океа́н (др.-греч. Ὠκεανός, от имени древнегреческого божества Океана) — крупнейший водный объект, составляющий часть Мирового океана, расположенный среди материков, обладающий системой циркуляции вод и другими специфическими особенностями.