Согласно новому исследованию, проведенному под руководством Йельского университета, в ранней атмосфере Земли происходила настоящая битва между йодом и кислородом, что фактически задержало создание стабильного озонового слоя, который защищал бы сложную жизнь от большей части ультрафиолетового излучения Солнца (УФИ).
Новая теория, описанная в исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academies of Science, может разрешить тайну, которая озадачивала ученых на протяжении сотен лет.
«Происхождение и разнообразие сложной жизни на Земле остаются одним из самых глубоких и неразрешимых вопросов в естественных науках», — сказал соавтор исследования Цзинцзюнь Лю.
Действительно, ученые долго задавались вопросом, почему наземные растения не появились на Земле до 450 миллионов лет назад, хотя их предки, цианобактерии, существовали в течение 2,7 миллиарда лет. Аналогично, нет никаких ископаемых останков сложных наземных животных или растений до кембрийской эры (541–485 миллионов лет назад), несмотря на свидетельства гораздо более древних микроископаемых.
«Единственное существующее объяснение гласит, что эта задержка является неотъемлемой характеристикой эволюции — что для этого требуется огромное количество времени», — сказал соавтор исследования Ноа Планавски. «Однако это представление не может объяснить, как и почему сложная жизнь возникла и разнообразилась».
Новое исследование предполагает, что причиной стало нечто, выходящее за рамки временных ограничений: задержка стабилизации озонового слоя Земли, вызванная повышенной концентрацией йода в морской воде, которая помешала образованию защитного УФ-экрана в атмосфере.
Производство озона зависит от атмосферного кислорода и фонового УФ-излучения. Ученые широко признали, что как только на Земле установилась значительная концентрация атмосферного кислорода, на планете образовался озоновый слой, который позволил биологической эволюции беспрепятственно протекать.
«Мы бросаем вызов этой парадигме, рассматривая то, как развивающийся цикл йода на Земле мог повлиять на численность и стабильность озона», — сказал Лю.
Для исследования группа исследователей под руководством Йельского университета проанализировала несколько линий независимых геологических свидетельств и разработала модель океана и атмосферы для реконструкции динамики йода и озона на ранней Земле. Исследователи обнаружили, что повышенное содержание морского йода (образующегося, когда йод соединяется с другим элементом, образуя соль) преобладало на протяжении большей части истории Земли, что могло привести к значительным выбросам неорганического йода в атмосферу после повышения уровня кислорода — с потенциалом разрушения озона.
Механизм разрушения озона йодом аналогичен процессу, посредством которого хлорфторуглероды (ХФУ) создали «озоновую дыру» над Антарктидой. Когда ХФУ подвергаются фотолизу, они выделяют реактивный хлор, который каталитически разрушает озон в стратосфере, что приводит к истощению до 50% над континентальной Антарктидой на пике проблемы.
«Йод-управляемые каталитические циклы для разрушения озона следуют аналогичному процессу и кинетически намного быстрее, чем те, которые включают реактивный хлор», — сказал Планавски. «Наши фотохимические расчеты показывают, что даже умеренное увеличение выбросов неорганического йода в море может привести к истощению озона во всей атмосфере в десятки или даже сотни раз по сравнению с современными уровнями».
Лю отметил, что в глобальном масштабе нестабильные и низкие уровни озона, вероятно, сохранялись с 2,4 млрд лет назад до примерно полумиллиарда лет назад. «В течение этого интервала, даже при высоких уровнях производства кислорода, атмосферный озон мог быть очень низким и, вероятно, был нестабильным, что приводило к периодическим или постоянным высоким потокам солнечного УФ-излучения на поверхности Земли», — сказал Лю.
