Жизнь на Земле зародилась миллиарды лет назад только благодаря парниковому эффекту, сохранившему теплый климат планеты и обеспечившему жидкое состояние воды в океанах, несмотря на то, что молодое Солнце, будучи тогда на треть более слабым светилом, не могло согреть Землю должным образом, уверены авторы исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Геологам давно было известно, что первые живые организмы появились на Земле практически сразу после завершения процесса формирования её геологического строения – уже более 3,5 миллиардов лет назад. Простейшие цианобактерии обитали в сформировавшихся к тому времени океанах жидкой воды. Однако существование этих океанов долгое время ставило ученых в трудное положение – согласно астрономам Солнце в этот ранний период своего развития было на 30% более тусклым светилом и не могло обогреть Землю. Вся вода на её поверхности неизбежно должна была замерзнуть, а сама Земля – надолго превратиться в ледяную пустыню. Тем не менее, этого не произошло, и единственным объяснением этому мог быть сильный парниковый эффект, который вызывали газы, составлявшие атмосферу молодой Земли. Однако каков был состав этой атмосферы и какой именно газ вносил решающий вклад в парниковый эффект ученые точно не знали до последнего времени.
Доцент Копенгагенского университета Метью Джонсон (Matthew Johnson), при содействии коллег из Токийского технологического университета в Японии, установил, что этим газом был карбонилсульфид – газообразное вещество с химической формулой OCS. На то, что соединения серы в избытке содержались в доисторической атмосфере земли, указывают не только многочисленные серосодержащие осадочные породы, сформировавшие в этот геологический период, но и необычное распределение изотопов серы в них. Это распределение не могло сформироваться в результате одних только геологических процессов, так как оно не определяется только лишь соотношением масс изотопов 36S/33S. Оно должно было происходить при участии атмосферных соединений серы, главным образом сульфатов, под воздействием солнечного излучения с определенным соотношением интенсивностей световых волн различных диапазонов.
В результате кропотливой и трудоемкой экспериментальной работы ученые установили, что обнаруженное соотношение изотопов серы в породах могло образоваться в результате химических реакций диоксида серы SO2 при облучении его солнечным светом, прошедшим через атмосферу, содержащую карбонилсульфид. Оказалось, что молекулы этого химического соединения способны блокировать фотохимические реакции с участием диоксида серы, протекающие под воздействием светового излучения с длиной волны больше чем 202 нанометра.
Кроме очень сильного парникового эффекта карбонилсульфид выполнял в доисторической атмосфере Земли, лишенной свободного кислорода, функции озона, защищая его от разрушительного ультрафиолетового излучения. Это обеспечило жизнедеятельность первых организмов и постепенное накопление кислорода в атмосфере Земли, что в результате привело к так называемой кислородной катастрофе.
Примерно 2,5 миллиарда лет назад Земная атмосфера практически полностью лишилась газов восстановителей – метана, угарного газа, водорода и других соединений, в том числе и карбонилсульфида – что привело к резкому снижению парникового эффекта и похолоданию климата земли. Последовавшее за этим Гуронское оледенение более чем на 100 миллионов лет покрыло Землю льдами.
“Наше исследование показывает, что одно лишь распределение и соотношение газов в атмосфере превратило Землю из теплой планеты, благоприятной для жизни, в ледяную пустыню на многие миллионы лет. Мне трудно придумать другую причину, по которой человечество должно крайне осторожно относиться к выбросам парниковых газов в атмосферу”, – сказал Джонсон, слова которого приводит пресс-служба Копенгагенского университета.
