Исследование учёных из Геонаучного центра Университета Гёттингена и Университета имени Лейбница в Ганновере дало новое представление о составе атмосферы Земли в далёком прошлом. Объектом исследования стали микроскопические космические сферы, а точнее — микрометеориты I-типа, образующиеся при сгорании частиц железа и никеля из космоса при входе в атмосферу. Эти структуры, застывая после расплавления, фиксируют соотношение изотопов кислорода, характерное для атмосферы на момент их падения.
«Как подтип микрометеоритов, I-типа космические сферы формируются при полном плавлении и окислении внеземного железа и никеля. Все атомы кислорода в образовавшихся оксидах происходят исключительно из земной атмосферы, а значит, они являются уникальными архивами её состава», — говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications Earth and Environment. Руководитель исследования — доктор Фабиан Захнов.
Учёные проанализировали 92 микрометеорита, извлечённых из шести различных отложений, охватывающих геологический временной интервал от карбона до мелового периода. Дополнительно они включили восемь образцов из ранее собранных коллекций, включая экземпляры силурийского и четвертичного возрастов. Размер частиц составлял от 18 до 429 микрометров, а масса — от 0.02 до 103 микрограммов. Образцы демонстрировали характерные дендритные поверхности и не имели признаков наземной трансформации.
Особое внимание было уделено анализу тройного кислородного изотопного состава (O-16, O-17, O-18). Этот показатель позволяет точно восстановить состав атмосферного кислорода в разные эпохи. Учёные обнаружили два основных паттерна: большинство сфер относилось к группе с низким содержанием изотопа O-18, а меньшинство — к более высокому значению, что указывает на возможные изменения в атмосфере в разные периоды.
Исследование не ограничилось только кислородом. Учёные также измерили тройной изотопный состав железа, что дало возможность проследить химические особенности океанов прошлого и дату появления кислорода в атмосфере. Используя данные из микрометеоритов, а также дополнительные прокси-индикаторы, такие как изотопы углерода в печёночнике, исследователи реконструировали уровень парциального давления CO2 (pCO2) в атмосфере во времени.
Ключевые выводы:
- В эпоху миоцена (~8.5 млн лет назад) и позднего мела (~87 млн лет назад) концентрации CO2 были умеренными.
- Сферулы отражают атмосферные условия с высокой степенью точности, несмотря на микроскопические размеры.
- Некоторые образцы, особенно из карбонатных отложений, остались полностью неизменёнными за сотни миллионов лет.
Потенциал методики: взгляд в археи и прокамбрий
Учёные подчёркивают значимость найденной зависимости между кислородом и железом в I-типа сферах. Это подтверждает, что изотопы действительно отражают древнюю атмосферу, а не являются результатом позднейших изменений. Методика открывает путь к реконструкции атмосферы задолго до известных прокси — вплоть до 2.7 млрд лет назад, когда произошло Великое кислородное событие.
Авторы планируют расширить исследование, сосредоточившись на извлечении неизменённых микрометеоритов из древнейших карбонатных пород, особенно в регионах вроде австралийского кратонного массива Пилбара.
«Анализ показывает, что даже крошечные микрометеориты могут хранить достоверные изотопные сигналы на протяжении миллионов лет», — заявил доктор Фабиан Захнов.
Перечень ключевых фактов:
- Изучены 92 микрометеорита I-типа из шести геологических формаций.
- Получены тройные изотопные данные кислорода и железа.
- Реконструированы уровни pCO2 в атмосфере за последние 90 млн лет.
- Подтверждена возможность изучения атмосферы, существовавшей до 2.7 млрд лет назад.
Исследование не только доказывает, что космическая пыль может выступать надёжным носителем информации о прошлом Земли, но и открывает путь к более точной модели климатической и атмосферной эволюции планеты.
