Молодая Земля едва не осталась без воздуха из-за бактерий

Если бы 2,5 миллиарда лет назад в биосфере не начали бы доминировать бактерии, вырабатывающие кислород, атмосфера планеты могла бы опасно истончиться, ставя Землю под угрозу оледенения.  

Исследователи из Великобритании, Канады и США провели моделирование развития атмосферы Земли за последние 3,5 миллиарда лет и пришли к выводу, что докислородная земная жизнь крайне активно связывала атмосферный азот. Если бы не переход к доминированию кислородных форм жизни, азота в воздухе вообще почти не осталось бы. Расчёты авторов показывают, что количество азота в газовой оболочке может использоваться для поиска жизни на других планетах. Соответствующая статья опубликована в Astrobiology.

Как уже сообщал Лайф, в 2016 году было установлено, что 2,7 миллиарда лет назад плотность земного воздуха почему-то была не больше 0,46 от нынешней. До того считалось, что атмосфера в ту пору наоборот должна была быть плотнее современной, так как иначе непонятно, почему планета не замёрзла в условиях молодого Солнца, на 20 процентов более тусклого, чем нынешнее. Вдобавок до 2016 года предполагалось, что плотность атмосферы со временем должна была падать (потеря газов в космос). Однако не были ясны механизмы, за счёт которых она могла бы существенно расти со временем. Новое открытие вызвало серьёзнейшую перестройку научных представлений о прошлом планеты в целом.

Чтобы разобраться в том, куда делся земной азот в прошлом, учёные провели моделирование процессов его потребления биосферой. Оказалось, что в эпоху доминирования анаэробной (не требующей кислорода) жизни азот мог довольно быстро связываться микроорганизмами в виде твёрдых посадочных пород. Однако чтобы это связывание было достаточно быстрым, нужны большие выбросы углекислого газа (существенно больше современных), иначе микроорганизмы окажутся в ситуации его дефицита.

По расчётам исследователей, всего за пару миллиардов лет активная анаэробная жизнь должна была связать большую часть азота и резко снизить плотность атмосферы (не менее чем вдвое). Такое низкое давление соответствует горному воздуху выше пяти километров. По достижении таких показателей общий парниковый эффект в атмосфере должен был существенно снизиться. Продолжайся этот процесс далее, к нашему времени бактерии могли довести концентрацию азота до почти нулевого уровня, что поставило бы планету под угрозу оледенения.

Однако, как известно, 2,4 миллиарда лет назад вектор развития биосферы резко изменился. В ней начали доминировать аэробные фотосинтезирующие микроорганизмы, которые сумели насытить воздух кислородом. По расчётам авторов работы, кислород должен был разрушить азотсодержащие соединения, накопленные на поверхности планеты в результате деятельности анаэробных бактерий прошлого. По этой причине атмосферное давление за несколько сотен миллионов лет вернулось к нормальным значениям.

Исследователи отмечают, что на основе их моделирования становится ясно — содержание азота в газовых оболочках экзопланет можно использовать как индикатор для поиска внеземной жизни. Если планета, существующая миллиарды лет, показывает мало следов азота и при этом дефицит кислорода — значит там может доминировать бактериальная примитивная жизнь, не нуждающаяся в кислороде из воздуха. Если же там напротив много азота и есть кислород, то есть вероятность наличия жизни, нуждающейся в последнем (сегодняшняя земная биота). В случае высокой концентрации азота и отсутствия кислорода планета может быть лишена как анаэробных, так и аэробных живых организмов.