Международная группа ученых совершила прорыв, впервые восстановив историю океанического углерода за последние 1,6 миллиарда лет. Ключ к разгадке нашли в образцах из Томского политехнического университета. Результаты этой фундаментальной работы опубликованы в журнале Nature.

Речь идет о растворенном органическом углероде — гигантском резервуаре углерода, который поддерживает жизнь в океане. Его количество и состав не были постоянными: они менялись вместе с эволюцией жизни и уровнем кислорода в воде. Ученые выявили три масштабных этапа в истории планеты:

• Мезопротерозой (примерно 1,6 – 1 млрд лет назад): Огромное количество углерода в почти бескислородном океане.
• Неопротерозой (около 1000 – 500 млн лет назад): Концентрация углерода резко упала, жизнь стала сложнее, но кислорода все еще было мало.
• Фанерозой (последние 500 млн лет): Уровень углерода вырос до современного значения, а океан наконец насытился кислородом.

Глобальные изменения в растворенном углероде — это не просто геохимия, это летопись самой жизни на Земле, — поясняет соавтор исследования, доцент Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Максим Рудмин.

До сих пор у науки не было надежного способа заглянуть так глубоко в прошлое. Предыдущие модели противоречили друг другу. В этой работе ученые нашли новый маркер — они изучали не сам древний океан, а органический углерод, заключенный в крошечные железные шарики размером с песчинку, ооиды. Эти гранулы образуются на морском дне и надежно захватывают в себе химические сигналы своей эпохи.

Метод опробовали на 26 образцах горных пород со всего мира, чей возраст охватывает невероятный период в 1,65 миллиарда лет. Среди них были и железняки с Бакчарского месторождения в Томской области.

Вклад томских образцов оказался особенно важен, — отмечает Максим Рудмин. — В них мы видим следы мощного выброса метана и углекислого газа, который произошел около 56 миллионов лет назад. Это отпечаталось в уникальном изотопном составе наших железняков.

Так, по крупицам, собирая данные со всей планеты, ученые смогли реконструировать грандиозную историю океанического углерода. Это исследование закладывает основу для нового, более точного понимания того, как формировалась наша биосфера.

Польза этого исследования фундаментальна. Оно не даст немедленной коммерческой выгоды, но радикально меняет наш взгляд на прошлое Земли. Понимание древних циклов углерода — это ключ к созданию точных климатических моделей. Мы видим, как планета реагировала на резкие изменения состава атмосферы и океана в прошлом. Это позволяет гораздо надежнее прогнозировать последствия современного изменения климата. Кроме того, устанавливая связь между химией океана и эволюцией жизни, мы лучше понимаем, в каких условиях могут зарождаться и развиваться сложные формы жизни, что имеет значение даже для поиска жизни на других планетах.

Основное замечание касается самой методологии. Хотя использование ооидов в качестве «капсул времени» — блестящая идея, остается открытым вопрос о репрезентативности выборки. Ооиды образуются в специфических прибрежных условиях, и их химический состав может отражать не глобальное состояние всего океана, а локальные процессы в месте их формирования. Чтобы окончательно подтвердить выводы исследования, необходимы дополнительные данные, полученные другими независимыми методами палеореконструкции из разных регионов мира.

Ранее ученые выяснили роль планктона в углеродном цикле океана.