Частка кисню в атмосфері Землі залишалася вкрай низькою після появи перших фотосинтезуючих мікробів з тієї причини, що породи древніх континентів активно поглинали його молекули, не даючи їм накопичитися в океані і повітрі.
«Насичення атмосфери Землі киснем могло статися в будь-який момент. Все, що для цього було потрібно – «правильний» хімічний склад континентів. Ми виявили, що хімічний склад континентів разюче змінився якраз в той час, коли кисень почав накопичуватися в водах первинного океану планети », – розповідає Матійсен Сміт (Matthijs Smit) з університету Британської Колумбії у Ванкувері (Канада).
Як сьогодні вважають вчені, Земля в далекому минулому мало в чому нагадувала себе сьогодні – в її атмосфері був відсутній кисень і було багато вуглекислоти і метану. Її води, що нагадували по температурі і консистенції киплячий густий суп, населяли химерні бактерії-екстремофили, сліди яких у вигляді відкладень своєрідних «ковдр» з колоній мікробів, вчені часто знаходять в найдавніших породах Землі.
Коли точно зародилося життя, поки нікому не відомо – існують суперечливі свідчення того, що воно існувало вже 3,3-3,7 мільярда років тому або навіть 4 мільярди років тому, фактично відразу після завершення формування Землі і Місяця і закінчення їх «бомбардування» великими астероїдами і кометами, котрі принесли «цеглинки життя» на Землю.
Це життя, як розповідає Сміт, проіснувало до події, яку геологи називають «великою кисневою катастрофою». Приблизно 2,4-2,32 мільярда років тому концентрація кисню в атмосфері різко зросла, підвищившись з 0,0001% до сучасних 21%. Причиною її виникнення сьогодні вважаються перші фотосинтезуючі організми, ціанобактерії, очистили атмосферу від СО2 і заповнили її киснем.
З іншого боку, як відзначають вчені, залишається незрозумілим те, що саме стримувало зростання концентрації кисню у воді і в атмосфері Землі в ті сотні мільйонів років, коли ціанобактерії вже існували в первинному океані планети.
Деякі вчені припускають, що «зайвий» кисень поглинався первинними континентальними породами Землі, сформованими в той час, коли кисню в її атмосфері фактично не було, а інші вважають, що роль «поглинача» кисню на себе брали останки живих організмів, які накопичувалися на дні океанів Землі сотні мільйонів років.
Сміт і його колега Клаус Мезгер (Klaus Mezger) з Бернського університету (Швейцарія) знайшли нові докази на користь першої гіпотези, проаналізувавши хімічний склад десятків тисяч зразків кори, що сформувалися задовго до початку «кисневої катастрофи» і в той час, коли частка кисню в атмосфері росла максимальними темпами.
Для цього аналізу вчені застосували дотепну методику – вони виміряли частки хрому та урану в цих породах, по-різному реагують на процес руйнування гірських порід киснем і водою. Відповідно, чим більше цих відмінностей, тим довше і сильніше стихії діяли на ці породи, що дозволяє зрозуміти, яку роль континенти Землі грали в появі її запасів кисню.
Як показали ці виміри, частки хрому та кисню в континентальних породах почали змінюватися приблизно три мільярди років тому, що збігається за часом з появою перших фотосинтезуючих організмів. Приблизно за 300 мільйонів років до «кисневої катастрофи» їх пропорція різко змінюється, що вказує на настільки ж різку зміну одного типу порід на інший, майже не поглинає кисень. Саме це, як вважають вчені, і було причиною початку «кисневої катастрофи», що різко змінила вигляд Землі і її перших мешканців і зробила її придатною для існування людини та інших сучасних живих істот.