Древние кристаллы опровергли представления ученых о доисторическом прошлом Земли

Согласно исследованию, опубликованному в понедельник в журнале Nature Geoscience, химические данные, содержащиеся в кристаллах, показали, что горячие расплавленные породы, из которых они образовались, вступали в контакт с пресной водой во время образования кристаллов.

“Изучив возраст и изотопы кислорода в крошечных кристаллах минерала циркона, мы обнаружили необычно легкие изотопные признаки, которые были обнаружены еще четыре миллиарда лет назад, – рассказывает ведущий автор исследования Хамед Гамалелдиен, адъюнкт-научный сотрудник Школы наук о Земле и планетах Университета Кертина в Австралии и доцент кафедры астрономии Университета Кертина в Австралии. – Такие легкие изотопы кислорода обычно образуются в результате воздействия горячей пресной воды на горные породы, находящиеся в нескольких километрах под поверхностью Земли”.

Гамалелдиен рассказал, что свидетельства наличия пресной воды могут быть объяснены только существованием суши, где вода собиралась и просачивалась в континентальную кору.

“У нас есть две важные вещи. Мы обнаружили самые ранние свидетельства наличия пресной воды и характерные свидетельства наличия суши над морем”, - добавил ученый.

Исследование показывает, что водный цикл Земли — когда вода перемещается между сушей, океанами и атмосферой посредством испарения и выпадения осадков — действовал в тот момент времени, сообщает CNN.

Это открытие, по словам авторов, означает, что «рецепт возникновения жизни» существовал менее чем через 600 миллионов лет после образования Земли, задолго до появления динозавров или даже самой ранней известной микробной жизни. По словам Гамалелдиена, самыми ранними признанными свидетельствами существования жизни — и пресной воды — служат строматолиты, окаменелые микробы, которые образовывали насыпи в горячих источниках 3,5 миллиарда лет назад.

“Это открытие не только проливает свет на раннюю историю Земли, но и предполагает, что массивы суши и пресная вода создали условия для расцвета жизни в течение относительно короткого периода времени — менее чем через 600 миллионов лет после образования планеты”, – отмечает соавтор исследования Хьюго Олирук.

“Полученные результаты знаменуют собой значительный шаг вперед в нашем понимании ранней истории Земли и открывают двери для дальнейших исследований происхождения жизни”, - добавил он.

Эон Хадея, длившийся от 4,5 до 4 миллиардов лет назад, является самой ранней главой в истории Земли и геологической эпохой мрака, которая мало изучена, потому что у геологов просто нет таких древних пород для изучения: самым древним известным породам 4 миллиарда лет.

Так как же тогда кристаллы циркона могут служить порталом в древнейшую историю планеты? Крошечные минеральные зерна отличаются особой прочностью и могут быть зацементированы в более молодые породы. Цирконы, использованные в исследовании, были обнаружены в оранжевом песчанике возрастом 3,1 миллиарда лет из формации Джек-Хиллз, обнажения выветрившихся горных пород в Западной Австралии.

Что делает цирконы особенно полезными для геологов, так это то, что они содержат в своей структуре немного урана, и ученые могут точно определить их возраст, измеряя радиоактивный распад ионов урана, поясняет CNN. Древнейшим материалом земного происхождения считается циркон, найденный в формации Джек-Хиллз, возраст которой составляет 4,4 миллиарда лет.

«Циркон - уникальный минерал. Он обладает высокой стойкостью и не изменяется со временем, – комментирует Гамалелдиен. - Это единственный свидетель хадейского периода».

Чтобы прийти к своим выводам, исследователи извлекли, закрепили и отполировали 2500 зерен циркона толщиной примерно с две или три пряди человеческого волоса, а затем датировали 1400 из них и измерили различные изотопы или разновидности кислорода внутри цирконов.

По словам Гамалелдиена, соленая вода содержит более тяжелые изотопы кислорода, которые устойчивы к испарению, в то время как дождевая вода содержит более легкие изотопы. По его словам, два кристалла циркона содержали изотопные признаки метеоритной или пресной воды; одному из них было 4 миллиарда лет, а другому - 3,4 миллиарда лет.

Команда провела 10 000 симуляций состава циркона, используя компьютерную модель — как горячие расплавленные породы смешиваются с морской водой, дождевой водой или их сочетанием — и обнаружила, что только с небольшим количеством пресной воды они могут объяснить легкую изотопную характеристику цирконов.

Гамалелдиен рассказал, что из их работы невозможно было понять, были ли там большие участки суши, но там должна была быть какая-то суша над уровнем моря. Более того, по его словам, земля и пресная вода, которые, вероятно, выпадали бы в виде дождя, были бы необходимыми ингредиентами для зарождения жизни.

У ученых есть разные теории о происхождении жизни на Земле. Некоторые считают, что она образовалась вокруг глубоких океанских жерл, но другие подозревают, что она возникла в неглубоких водоемах на суше. Гамалелдиен сказал, что новые находки подтверждают последнюю гипотезу, и исследователи хотят добыть больше цирконов для геохимического анализа для дальнейших исследований.

Джон Вэлли, профессор наук о земле в Университете Висконсин-Мэдисон, согласился с тем, что условия для жизни могли существовать на Земле очень давно. Вэлли не участвовал в новом исследовании, но был одним из первых ученых, которые использовали цирконы, чтобы показать, что более 4 миллиардов лет назад на Земле были древние океаны и более низкие температуры, что опровергло мнение о том, что Земля хадейской эпохи была адским шаром с огненными морями магмы.

Однако он сказал, что жидкость, с которой соприкасался предшественник циркона, могла быть дождевой или морской водой, и что компьютерная модель, которую использовали авторы исследования, предполагала, что изотопный состав океана Хадеан был идентичен изотопному составу современных океанов.

“Главная новизна новой работы заключается в том, что дождевая вода означает, что камни были на суше, а не на подводной лодке”, - сказал Вэлли. “Это всегда рассматривалось как одна из возможностей, но не было представлено никаких новых доказательств, позволяющих это подтвердить”.

Геохимик Бет Энн Белл, младший научный сотрудник департамента наук о Земле, планетах и космосе Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, рассказывает, что очень низкие значения изотопов “убедительно доказывают” взаимодействие между горной породой и пресной водой в хадейский период, что предполагало наличие в то время некоторого количества суши.

“Циркон физически прочен и не разрушается на поверхности Земли”, – подчеркивает Белл. – Обычно он сохраняется миллиарды лет в земной коре и на поверхности, сохраняя свою геохимическую информацию в неизменном виде”.