Научный мир пересматривает свои представления об одном из самых загадочных периодов в истории Земли – так называемом «скучном миллиарде». Новое исследование, проведенное учеными Сиднейского университета и Университета Аделаиды, показывает, что именно в это время, примерно 1,5 миллиарда лет назад, глобальные тектонические процессы, связанные с распадом древнего суперконтинента Нуна, радикально изменили облик нашей планеты и заложили основу для появления сложной жизни.
Долгое время период между 1,8 и 0,8 миллиарда лет назад считался относительно спокойным, с минимальной биологической и геологической активностью. Однако последние данные свидетельствуют о другом. «Наш подход демонстрирует, как тектоника плит способствовала формированию пригодности Земли для жизни», – отмечает ведущий автор исследования, профессор Дитмар Мюллер. «Это открывает новые перспективы для понимания того, как тектонические процессы, климат и жизнь совместно эволюционировали на протяжении глубокого времени».
Исследование, подробности которого были опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters, опровергает традиционный взгляд на «скучный миллиард». Оно выявило, что движения тектонических плит Земли были отнюдь не статичными. Эти динамичные процессы привели к появлению богатых кислородом морских водоемов и дали толчок развитию ранних эукариотов – организмов, клеточные структуры которых содержат ядро и специализированные органеллы. Именно эукариоты в конечном итоге дали начало всему многообразию растений, животных и грибов.
Профессор Мюллер и его команда выяснили, что распад суперконтинента Нуна спровоцировал целую цепочку геологических событий. Эти события привели к значительному сокращению выбросов вулканического диоксида углерода (CO2) и расширению мелководных морских сред обитания, ставших идеальной колыбелью для эволюции ранних эукариотов. «Глубинные земные процессы, в частности, распад древнего суперконтинента Нуна, запустили цепь событий, которые уменьшили выбросы вулканического CO2 и расширили мелководные морские среды обитания, где развивались ранние эукариоты», – поясняет профессор Мюллер.
Для того чтобы понять этот длительный интервал, в течение которого земные массивы неоднократно сходились и расходились, сначала образуя Нуну, а затем Родинию, исследовательская группа разработала беспрецедентную модель тектоники плит, охватывающую 1,8 миллиарда лет эволюции Земли. Это позволило им проследить, как меняющиеся границы плит и континентальные окраины влияли на обмен углеродом между мантией, океанами и атмосферой.
Примерно 1,46 миллиарда лет назад, когда Нуна начала распадаться, общая протяженность мелководных континентальных шельфов увеличилась более чем вдвое, достигнув примерно 130 000 километров. Эти обширные мелководные зоны, вероятно, представляли собой богатые кислородом и умеренные моря, создавая идеальные условия для процветания ранних сложных организмов. Одновременно с этим произошло снижение вулканических выбросов CO2, в то время как больше углерода стало накапливаться в океанической коре, когда морская вода взаимодействовала с горячими породами вдоль срединно-океанических хребтов. Этот процесс способствовал удалению CO2 из воды и его связыванию в известняковых отложениях, удерживая углерод, который в противном случае мог бы нагреть планету.
«Этот двойной эффект – сокращение выбросов вулканического углерода и усиленное геологическое накопление углерода – охладил земной климат и изменил химический состав океана, создав условия, подходящие для эволюции более сложной жизни», – комментирует соавтор исследования, доцент Адриана Дуткевич из Школы геонаук Сиднейского университета. Ученые обнаружили, что первые ископаемые свидетельства существования эукариотов, датируемые примерно 1,05 миллиарда лет назад, появились именно в период расселения континентов и расширения мелководных морей.
«Мы считаем, что эти обширные континентальные шельфы и мелководные моря были важнейшими экологическими инкубаторами», – добавляет доцент Юрай Фаркаш из Университета Аделаиды. «Они обеспечивали тектонически и геохимически стабильные морские среды с предположительно повышенным уровнем питательных веществ и кислорода, что, в свою очередь, было критически важно для эволюции и диверсификации более сложных форм жизни на нашей планете». Эти открытия устанавливают прямую связь между глубинными процессами Земли и эволюцией ее поверхности, демонстрируя сложную взаимосвязь тектоники плит, углеродного цикла и биологического развития на протяжении глубокого геологического времени.
Это исследование впервые количественно связало реконструкции тектоники плит из глубокого геологического прошлого с долгосрочным углеродным циклом и ключевыми вехами в биологической эволюции. Команда объединила детальные тектонические реконструкции с вычислительными и термодинамическими моделями, симулирующими, как углерод накапливался и высвобождался посредством субдукции (процесса, при котором одна тектоническая плита погружается под другую) и вулканической активности, выносящей магму, пепел и газы на поверхность. В совокупности эти результаты предлагают всеобъемлющую концепцию, связывающую движение плит Земли с условиями, сделавшими планету пригодной для жизни – это доказывает, что даже в свои так называемые «скучные» миллиарды лет Земля незаметно готовилась к величайшей трансформации жизни.
