Стародавні породи показали, як фосфор утримав кисень у атмосфері

09 жовтня 2026 р. 00:14

09 жовтня 2026 р. 00:14

Давні породи з Південної Африки допомогли з’ясувати, як переробка фосфору в океанах понад 2 мільярди років тому дала змогу Землі зберегти атмосферний кисень і підтримати умови, придатні для життя. Про це повідомляє матеріал видання SciTechDaily .

Понад 2 мільярди років тому в атмосфері Землі почав накопичуватися кисень, радикально змінюючи планету, де раніше у воді й повітрі цього газу було дуже мало. Однак для тривалої придатності до життя важливо було не лише з’явлення кисню, а й те, щоб він не зник знову через хімічні реакції.

Фосфор як двигун кисневого циклу

Група дослідників за участі геолога Каліфорнійського університету в Ріверсайді Андрія Беккера (Andrey Bekker) знайшла свідчення підсилювального циклу в океанах, який допоміг утримати високий рівень кисню після так званої Великої кисневої події приблизно 2,3 мільярда років тому.

У роботі, опублікованій у журналі Nature Communications, вчені вказують на ключову роль фосфору — життєво важливого для організмів елемента, що пов’язує зміну хімії океану, біологічний ріст і подальше накопичення кисню в атмосфері.

Коли кисень потрапляв до океанів, разом із ним зростала концентрація сульфатів. Мікроорганізми могли ефективніше розкладати органічну речовину за участю цих сульфатів. У результаті з осадів і органічних решток вивільнявся фосфор, який повертався у морську воду, замість того щоб залишатися зв’язаним і недоступним.

Перероблений фосфор знову ставав поживною речовиною для життя, запускаючи новий цикл росту біомаси. Зі зростанням продуктивності океанів більше органічного вуглецю потрапляло на дно й захоронювалося в осадах.

Беккер пояснює, що без фосфору організми не можуть рости чи нормально функціонувати. Коли цього елемента в океані стало більше у доступній формі, це посилило поховання органічного вуглецю. Побічним ефектом цього процесу стало подальше вивільнення й утримання кисню в атмосфері.

Органічний вуглець несе в собі продукти біологічної активності, які під час розкладання зазвичай реагують з киснем і зменшують його кількість. Якщо ж ця органічна речовина встигає захоронитися в осадах, вона менше окиснюється, а отже, менше кисню споживається. За інтерпретацією дослідників, збільшення доступності фосфору підсилювало біологічну продуктивність, поховання вуглецю і, як наслідок, сприяло збереженню кисню в атмосфері.

Як «розібрати» давню породу на фосфор

Щоб виявити сліди цих процесів, команда Беккера дослідила давні осадові породи з Південної Африки. Вчені застосували метод, який дозволяє хімічно розділити породу на мінеральні компоненти та визначити, з якими саме мінералами був пов’язаний фосфор.

Послідовно розчиняючи різні мінерали, дослідники змогли відрізнити фосфор, що був доступний організмам у давньому океані, від фосфору, «запертого» у формах, які живі системи майже не могли використати.

Раніше аналізи, як правило, показували лише загальний вміст фосфору в породі, без урахування того, яка частина реально могла слугувати поживною речовиною. Така різниця кардинально змінює наше уявлення про давні екосистеми: океан, багатий на фосфор загалом, не обов’язково був середовищем, де життя мало до нього вільний доступ.

За словами Беккера, новий підхід дозволяє чітко розділити фосфор у придатній для організмів формі та фосфор, який був фактично заблокований. Це дає значно точніше уявлення про рівень поживних речовин у давніх океанах, ніж будь-коли раніше.

Нестабільний кисень і уроки для сучасності

Отримані мінерал-до-мінералові вимірювання також свідчать, що після Великої кисневої події умови були набагато менш стабільними, ніж вважалося раніше. Замість швидкого виходу на сталий рівень, концентрація кисню в атмосфері, ймовірно, суттєво коливалася протягом десятків мільйонів років.

Ці зміни неодноразово змінювали хімічний склад океанів і шляхи, якими поживні елементи, зокрема фосфор, циркулювали в морському середовищі. Якщо кисень у ті епохи тривалий час залишався відносно високим, то його нестача, можливо, не була єдиною перешкодою для появи складніших форм життя.

Автори роботи припускають, що інші екологічні умови чи внутрішні біологічні обмеження також могли стримувати еволюційні зміни. Це зміщує фокус від уявлення, ніби лише кисень був головним «вузьким місцем» на шляху до складних організмів.

У сучасних океанах взаємозв’язок між киснем і фосфором зберігається, але має вже безпосереднє попередження. Зміна клімату призводить до втрати кисню в деяких морських водах, і подальша деоксигенація може знову зменшити доступність фосфору. Це, у свою чергу, здатне послабити біологічну продуктивність та зробити морські екосистеми менш стійкими до стресів.

Дослідники підсумовують, що історія Землі демонструє спільну еволюцію кисню, поживних речовин і життя. Глибше розуміння цих зв’язків дозволяє точніше оцінювати майбутнє нашої планети та формувати уявлення про те, які ознаки варто шукати, досліджуючи потенційно придатні для життя світи за межами Сонячної системи.

Наука