Определен состав атмосферы и океана при возникновении жизни на Земле | Новости науки
В лаборатории биогеохимии окружающей среды ГЕОХИ РАН реконструировали химический состав атмосферы и гидросферы на Земле в период возникновения жизни — 4,5-4,2 млрд лет назад, сообщили в пресс-службе института.
4,5 млрд лет назад на планете установился прохладный сухой климат с тонкой, полупрозрачной для ультрафиолета атмосферой и давлением у поверхности около 0,35 бар. Атмосфера состояла из азота с небольшими примесями водяного пара, углекислого газа и следовых количеств аммиака, циановодорода и формальдегида.
Существует много гипотез о том, какие условия существовали на ранней Земле. В основном они сводятся к тому, что атмосфера была горячей, тяжелой, богатой углекислотой, метаном и кислыми вулканическими газами. Совершенно к другим выводам пришли авторы данной работы. Сделан вывод, что в ту эпоху на нашей планете был в целом прохладный сухой климат с тонкой, полупрозрачной для ультрафиолета атмосферой, с давлением у поверхности около 0,35 бар. Она состояла из азота с небольшими примесями водяного пара, углекислого газа, и следовых количеств аммиака, циановодорода и формальдегида. Климат в экваториальной области был чуть выше нуля, воздух был сухой, с малой облачностью.
Первоначальный солевой состав океана значительно отличался от современного хлоридно-натриевого. Он был преимущественно хоридно-аммонийным, с небольшой долей натрия в катионной части. И лишь позже сносимый с суши гидрокарбонат натрия повысил рН до значений 9-9,5, постепенно вытесняя аммоний из воды в атмосферу в виде аммиака. Со временем натрий полностью заменил аммоний в океане и его состав приблизился к современному. В атмосфере аммиак под действием ультрафиолета распадался на водород и молекулярный азот, который присутствует в атмосфере доныне.
Высокая щелочность океана на ранних этапах привела к глубокой очистке воды от катионов кальция, магния и железа, что в свою очередь позволило накопиться в воде фосфату. Именно тогда, до вытеснения из воды аммония и фосфата и смогла зародиться земная жизнь. Фосфат и формальдегид, образующий сахара – как раз те компоненты из которых состояли первые молекулы жизни – РНК (рибонуклеиновая кислота), и энергетические молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Аммоний был необходим для образования аминокислот. Циановодород необходим для синтеза через ряд реакций азотистых оснований, без которых не возникнут ни РНК, ни АТФ.
Те же самые процессы происходили на ранней Венере, которая тоже имела свой океан и по той же схеме меняла состав атмосферы и гидросферы. Успела ли на Венере зародиться жизнь, мы уже никогда не узнаем. Если океаны с хлоридным составом на обоих планетах образовались «геологически мгновенно», то углекислота поступала из мантии равномерно на протяжении всей геологической истории.
На определенном этапе пути Венеры и Земли разошлись. Земля эффективно очищалась от избытка углекислоты в атмосфере, переводя ее в карбонатные осадки. Венера не смогла очистить свою атмосферу от углекислоты, возник необратимый парниковый эффект и окончательное испарение океанов. 50-метровый слой солей, оставшийся после потери воды позже был полностью перекрыт лавами, покрывающими ныне большую часть поверхности Венеры.
Результаты исследования опубликованы в статье «О составах земных атмосферы и гидросферы в период возникновения жизни» (А. П. Дегтярёв).