Веселящий газ спас жизнь в эпоху тусклого Солнца

Ученые предложили новое решение парадоксу слабого молодого Солнца — противоречию между данными о климате Земли миллиарды лет назад и моделями звездной эволюции. Согласно новой идее, дополнительным источником тепла было большое содержание в атмосфере планеты закиси азота N2O, которую также называют веселящим газом, что вызывало существенный парниковый эффект. Результаты исследования изложены в журнале Geobiology.

Согласно астрофизическим расчетам, несколько миллиардов лет назад Солнце было до 30% менее ярким, из-за чего на поверхности Земли не могло быть большого количества жидкой воды — она бы просто замерзла. Однако палеоклиматические данные говорят об обратном — в это время был влажный и теплый климат, благоприятствовавший ранней жизни. Астроном и популяризатор науки Карл Саган называл это несоответствие «парадоксом слабого молодого Солнца». На данный момент ученые не пришли к единому мнению по поводу разрешения этой ситуации.

В новой работе исследователи приходят к выводу, что немаловажную роль могла сыграть закись азота. Ученые уже установили, что в те далекие времена атмосфера была насыщена такими мощными парниковыми газами, как метан и углекислый газ, но их эффекта могло не хватить для того, чтобы обеспечить достаточную температуру. Авторы сконцентрировались на этапе от 1,8 до 0,8 миллиардов лет назад, иногда называемый «скучным миллиардом», так как в это время не происходило существенных изменений среды, а также наблюдалась кажущаяся стабильность в эволюции и активности литосферы. Тем не менее, в этот период происходили важные процессы, особенно в глубинах океана, которые еще не были насыщены кислородом и содержали большое количество растворимых ионов железа.

В лабораторных экспериментах ученые показали, что ионы железа активно реагируют с соединениями азота, такими как оксид азота (II), NO, в результате чего появляется закись азота, которая затем могла попасть в атмосферу. Дополнительные свидетельства в пользу присутствия больших концентраций оксидов азота можно найти в биологии — до сих пор некоторые микробы могут использовать их в качестве источника кислорода для дыхания, когда чистого кислорода не хватает. Более того, используемые для усваивания оксидов азота энзимы очень похожи на работающий с кислородом, так что последний мог даже произойти от них. «Вполне вероятно, что жизнь использовала для дыхания веселящий газ задолго до того, как начала дышать кислородом», — подытоживает ведущий автор работы Дженнифер Гласс из Технологического института Джорджии (США).