Более миллиарда лет назад в неглубокой котловине на территории современной северной части Онтарио субтропическое озеро, очень похожее на современную Долину Смерти , испарилось под мягким солнечным теплом, оставив после себя кристаллы галита — каменной соли.

Это был совсем другой мир, не тот, который мы знаем сегодня. Бактерии были доминирующей формой жизни. Красные водоросли только-только появились на эволюционной арене. Сложные многоклеточные организмы, такие как животные и растения, появятся лишь через 800 миллионов лет.

По мере испарения воды в рассол, часть её оказалась запертой в крошечных полостях внутри кристаллов, фактически застыв во времени. Эти запертые жидкие включения содержали пузырьки воздуха, которые в мельчайших деталях раскрывали состав атмосферы ранней Земли. Кристаллы были погребены в осадочных породах, фактически изолированы от остального мира на 1,4 миллиарда лет, и их секреты оставались неизвестными.

До настоящего времени.

Раскрытие древних атмосферных тайн

Группа исследователей во главе с аспирантом Политехнического института Ренсселера (RPI) Джастином Парком и под руководством профессора RPI Моргана Шаллера, доктора философии, проанализировала состав газов и жидкостей, заключенных в древних кристаллах галита из северного Онтарио, тем самым фактически расширив наши прямые данные об атмосфере Земли примерно на 1,4 миллиарда лет.

Результаты их исследований опубликованы в журнале « Proceedings of the National Academy of Sciences» .

«Это невероятное чувство — вскрыть образец воздуха, который на миллиард лет старше динозавров», — сказал Пак.

Трудности измерения параметров древнего воздуха

Исследователям давно известно, что включения жидкости в кристаллах галита содержат образцы атмосферы ранней Земли. Однако получение точных измерений из этих включений оказалось сложной задачей: они содержат как пузырьки воздуха, так и рассол, а такие газы, как кислород и углекислый газ, ведут себя в воде иначе, чем в воздухе.

Исследователи долгое время пытались скорректировать эти различия, чтобы получить точные данные о составе газов в том виде, в каком они существовали в древних атмосферах. Парку удалось решить эту проблему , отчасти благодаря специально разработанному оборудованию, созданному в лаборатории его научного руководителя Шаллера. Исследователи применили эти методы для изучения атмосферы мезопротерозойской эры.

«Измерения содержания углекислого газа, полученные Джастином, никогда ранее не проводились», — сказал Шаллер. «Мы никогда не могли заглянуть в прошлое Земли с такой точностью. Это настоящие образцы древнего воздуха».

Удивительные открытия о кислороде и климате.

Результаты исследований показывают, что в атмосфере мезопротерозоя содержалось 3,7% кислорода по сравнению с сегодняшним уровнем, что является удивительно высоким показателем, достаточным для поддержания сложной многоклеточной животной жизни, которая возникла лишь сотни миллионов лет спустя.

Между тем, углекислого газа было в десять раз больше, чем сегодня — этого было достаточно, чтобы противостоять «слабому молодому солнцу» и создать климат, близкий к современному.

Естественно возникает вопрос: если кислорода было достаточно для поддержания жизни животных, почему потребовалось так много времени, чтобы они, наконец, эволюционировали?

Парк подчеркивает, что образец отражает лишь моментальный снимок геологического времени. «Возможно, он отражает кратковременное, преходящее событие насыщения кислородом в эту долгую эпоху, которую геологи в шутку называют «скучным миллиардом», — сказал он. Это была эпоха в истории Земли, отмеченная низким уровнем кислорода, повсеместной атмосферной и геологической стабильностью и незначительными эволюционными изменениями.

«Несмотря на название, наличие прямых наблюдательных данных этого периода невероятно важно, поскольку они помогают нам лучше понять, как зародилась сложная жизнь на планете и как наша атмосфера стала такой, какой она является сегодня», — сказал Пак.

Последствия для эволюционной истории Земли

Предыдущие косвенные оценки концентрации углекислого газа в этот период указывали на более низкие уровни, несовместимые с другими наблюдениями, свидетельствующими об отсутствии значительных ледников в мезопротерозойскую эру. Прямые измерения высоких уровней углекислого газа, проведенные группой исследователей, в сочетании с оценками температуры, полученными на основе анализа самой соли, позволяют предположить, что климат мезопротерозоя был мягче, чем считалось ранее, — сопоставим с современным.

Шаллер отмечает, что красные водоросли появились примерно в этот период истории Земли и до сих пор вносят значительный вклад в глобальное производство кислорода. Относительно высокий уровень кислорода может быть прямым следствием увеличения численности и сложности водорослевой жизни.

«Вполне возможно, что то, что мы запечатлели, — это очень захватывающий момент, произошедший прямо посреди скучной жизни миллиардеров», — сказал он.