Взрывной рост разнообразия животной жизни в земных океанах полмиллиарда лет назад, в период и после Кембрийского взрыва, обычно связывают с существенным и устойчивым повышением уровня свободного кислорода (O₂) в морской воде. Некоторые исследователи даже утверждают, что в то время уровень насыщения кислородом в океанах был близок к современному.
Однако уровни O₂ в самых глубоких средах океанов Земли сильно колебались спустя долгое время после Кембрия, согласно новому исследованию геолога из Университета Юты и его коллег из других учреждений.
Методы исследования
Используя стабильные изотопные соотношения таллия (Tl), сохранившиеся в древних морских глинистых породах, исследователи реконструировали уровни O₂ между примерно 485 и 380 миллионами лет назад. Этот временной интервал непосредственно следует за кембрийским расцветом животных и даже пересекается с более поздним расцветом наземных растений.
Исследование под названием «Динамическое насыщение кислородом глубоких морских вод в раннем и среднем палеозое» опубликовано на этой неделе в журнале Science Advances. В нём оспариваются некоторые общепринятые взгляды на насыщение океанов кислородом.
По словам ведущего автора Чадлина Острандера, доцента кафедры геологии и геофизики Университета Юты, «это не было похоже на то, как если бы кто-то щёлкнул выключателем, и глубокий океан навсегда насытился кислородом».
Результаты исследования
Острандер и его коллеги проанализировали стабильные изотопы таллия — тяжёлого металлического элемента, который содержится в земной коре в следовых количествах, — в древних морских отложениях, которые они извлекли из Юкона, Канада.
Для достижения этих выводов команда проанализировала стабильные изотопы таллия — тяжёлого металлического элемента, который содержится в земной коре в следовых количествах, — в древних морских отложениях, извлечённых из Юкона, Канада. Очень немногие процессы могут сильно фракционировать изотопы Tl, то есть разделять их таким образом, чтобы в результате получались разные соотношения.
Самое сильное фракционирование сегодня происходит в глубоководных железомарганцевых отложениях. По словам Острандера, O₂ должен накапливаться в глубоководных водах, чтобы стабилизировать эти отложения. Изотопные соотношения таллия в новом исследовании редко были сильно фракционированы, что означает, что такие глубоководные отложения, зависящие от O₂, также были редкими.
«Мы действительно находим некоторые доказательства того, что O₂ накапливался в глубоком океане, но только в течение очень коротких периодов времени», — сказал Острандер. «Даже в самом молодом конце нашего набора данных океан, похоже, снова погружается в период повсеместной аноксии».
Команда обнаружила, что насыщение океана кислородом не было плавным или постоянным сдвигом. Вместо этого уровни O₂ были динамичными и со временем повышались и понижались. Один особенно стабильный период насыщения кислородом был выявлен между примерно 405 и 386 миллионами лет назад. Но даже это, по-видимому, было недолгим и заканчивается в самых молодых образцах глинистых пород.
«Чем больше мы на самом деле смотрим на это, тем сложнее становится. Это действительно нестабильно. Даже там, где заканчивается наш набор данных, мы не находим стабильности», — сказал Острандер. «Мы так и не нашли доказательств устойчивого подъёма до почти современного уровня насыщения океанов кислородом. Это должно произойти где-то после 380 миллионов лет назад».
Ключевые выводы
Исследование показывает, что насыщение кислородом глубоких океанов было длительным и сложным процессом. Если глубокие океаны оставались частично или эпизодически аноксичными во время ключевых биологических событий, то подъём животных мог произойти в условиях, менее богатых O₂, чем предполагалось ранее. Это ставит под сомнение общепринятые представления о взаимосвязи между кислородом и эволюцией.
«С биологической точки зрения это произошло намного позже кембрийского «взрыва». В это время морская жизнь уже была довольно крупной и выполняла энергозатратные задачи», — сказал Острандер. «В это время происходят феноменальные изменения в эволюционной биологии. И ни одно из них, похоже, не требует существенного и устойчивого насыщения глубоких океанов кислородом».