20.11.2013

Ученые узнали много нового об атмосфере Земли с помощью янтаря

Ученые провели всестороннее исследование химического состава атмосферы начиная с триасового периода.

Международная команда исследователей во главе с ученым из Университета Инсбрука Ральфом Таппертом восстановила состав, который имела атмосфера Земли 220 миллионов лет назад, проанализировав современные и ископаемые растительные смолы, сообщается в Heritage Daily.

Результаты исследования позволили ученым предположить, что в геологическом прошлом Земли уровень кислорода в атмосфере был значительно ниже. Это предположение затрагивает некоторые теории о развитии климата и жизни.

Пытаясь восстановить атмосферный состав в разные периоды геологического прошлого Земли, ученые сталкиваются с большими проблемами из-за нехватки материала, который можно было бы использовать для анализа. Одними из немногих органических материалов, которые способны надежно сохранять данные геологической истории Земли на протяжении более чем миллионов лет, являются окаменелые смолы – например, янтарь.

«У янтаря есть преимущество перед другими органическими веществами: он остается химически и изотопически неизменным в течение длительного времени», – объясняет Ральф Тапперт, специалист в области минералогии и петрографии.

Вместе с коллегами из Канады, США и Испании Тапперт провел всестороннее исследование химического состава атмосферы Земли начиная с триасового периода. Исследование было опубликовано в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta. Междисциплинарная команда, состоящая из минералогов, палеонтологов и геохимиков, использует свойства сохранения растительных смол, которые появляются вследствие полимеризации. «В процессе фотосинтеза растения связывают атмосферный углерод, изотопический состав которого сохраняется в смолах более чем миллионы лет, и из этого мы можем вывести концентрацию кислорода в атмосфере», – объясняет Ральф Тапперт. Информацию о концентрации кислорода можно получить из изотопического состава углерода или даже, скорее, из соотношения между устойчивыми углеродистыми изотопами 12C и 13C.

Когда кислорода в атмосфере 10-15%

Исследовательская группа проанализировала всего 538 образцов, взятых из известных залежей янтаря по всему миру. Возраст самых древних образцов достигает приблизительно 220 миллионов лет: они были обнаружены в итальянских доломитовых Альпах. Команда также сравнивала окаменелый янтарь с современными смолами, чтобы проверить закономерность данных. Результаты этого всестороннего исследования позволяют предположить, что процент содержания кислорода в атмосфере в далеком прошлом был значительно ниже, чем 21%, как сегодня.

«Мы полагаем, что уровень кислорода составлял 10-15%», – говорит Тапперт. Концентрация кислорода была не только ниже, чем сегодня, но также значительно ниже, чем предполагало большинство прошлых исследований, относящихся к тому же отрезку времени. Например, предполагалось, что в меловой период (65-145 миллионов лет назад) содержание кислорода в атмосфере доходило до 30%.

Влияние на климат и окружающую среду

Исследователи также связывают низкий атмосферный уровень кислорода с климатическими событиями в истории Земли.

«Мы обнаружили, что особенно низкие уровни кислорода совпадают с интервалами глобального повышения температур и высоких концентраций углекислого газа», –объясняет Тапперт. Минералог предполагает, что кислород может влиять на уровень углекислого газа и при определенных обстоятельствах может даже ускорять приток углекислого газа в атмосферу.

«В основном мы здесь имеем дело с простыми реакциями окисления, которые усиливаются, когда температура воздуха высокая, как в меловой период», – говорит Тапперт.

Исследователи пришли к заключению, что повышение уровня углекислого газа, вызванное, например, активностью вулканов, сопровождалось снижением уровня кислорода в атмосфере. Это становится ясно, когда смотришь на последние 50 миллионов лет геологической истории. После результатов этого исследования можно сделать вывод, что периоды низких температур прошлого (ледниковые периоды) могут быть приписаны отсутствию крупномасштабных вулканических извержений и следующему из этого повышению уровня атмосферного кислорода.

Кислород может и не быть причиной гигантизма

Согласно результатам исследования, кислород может косвенно влиять на климат; следовательно, он мог влиять и на развитие жизни на Земле. Известный пример – динозавры: многие теории о гигантизме животных предлагают, как объяснение, высокий уровень содержания кислорода в атмосфере. Тапперт предлагает пересмотреть эти теории: «Мы не хотим отрицать влияние кислорода на развитие жизни вообще, но гигантизм динозавров нельзя объяснить высоким уровнем кислорода».

Группа ученых предлагает проводить дальнейшие исследования и намеревается проанализировать еще более древние растительные смолы.

Александр Федоров

Источники:

1. KM.RU