Атмосфера Земли теряет кислород, и ученые не знают почему

Атмосфера нашей планеты теряет кислород. К счастью, речь пока не идет об объемах, которые заставляли бы серьезно волноваться: за последние 800 000 лет уровень кислорода снизился на 0,7 процента. Тем не менее ученые озадачены, так как не могут понять, почему это происходит.

«Мы провели анализ больше из-за интереса, нежели из-за каких-то ожиданий», — говорит геолог Дэниель Столпер из Принстонского университета.

«Мы не знали, будет ли уровень кислорода больше, меньше или останется на прежней отметке. Но, как выяснилось, существует весьма четкая тенденция».

Атмосферный уровень кислорода серьезно изменялся на протяжении всей истории Земли, однако получить какие-то конкретные цифры оказалось весьма сложной задачей даже для ученых. Нам известно, что в течение нескольких первых миллиардов лет в атмосфере нашей планеты вообще не было никакого кислорода. Затем, благодаря развитию крошечных водорослей – цианобактерий, — в небе постепенно стал скапливаться кислород, что впоследствии вызвало настоящий апокалипсис для бескислородных форм жизни.

С развитием и распространением жизни кислород продолжал накапливаться в нашей атмосфере до тех пор, пока его объем не стал достаточным для поддержания сложных форм жизни. За последние несколько сотен миллионов лет существенных изменений в кислородном уровне не было, поэтому жизнь в буквальном смысле процветала.

Если отбросить исторический аспект, то единственное, что известно ученым, так это то, что уровень кислорода очень динамический. Животные, например, и мы потребляем кислород каждую секунду. Поддерживать его уровень в атмосфере помогают растения, которые его производят в результате процесса, известного как фотосинтез. В это сложно поверить, но даже силикатные породы (если рассматривать вопрос в более длительном временном аспекте) «потребляют» кислород.

«Каждую тысячу лет или около того весь запас кислорода в нашей атмосфере превращается в воду, а затем опять в кислород. Но при этом каждый раз часть кислорода утрачивается», — говорит Столпер.

Проблема в том, что при достаточном количестве времени небольшая утечка может превратиться в очень серьезную катастрофу. Катастрофу мирового масштаба, способную изменить уровень обитаемости планеты. Поэтому Столпер, а также Джон Хиггинс и несколько их коллег из Принстонского университета решили выяснить, можно ли измерить этот уровень утечки.

Цианобактерии являются по сути первыми терраформерами Земли

Для решения этого вопроса ученые обратились к информации о самых крупных местах содержания огромных запасов кислорода на нашей планете. Речь идет о ледяных шапках Гренландии и Антарктиды, в которых содержатся заточенные пузырьки кислорода, представляющие собой своеобразные снимки нашей атмосферы за последние несколько миллионов лет. Изучив соотношение изотопов кислорода и азота в этих пузырьках, ученые смогли высчитать следующее: уровень кислорода за последние 800 000 лет снизился на 0,7 процента.

В опубликованной на днях в научном журнале Science статье ученые предложили несколько возможных объяснений. Геологическая история показывает, что скорость эрозийных процессов несколько увеличилась. В свою очередь, более резкие окислительные процессы свежих отложений атмосферой потребовали повышенного потребления кислорода. Долгоиграющие климатические изменения тоже могли сыграть свою роль. Если не брать в расчет вызванное деятельностью человека недавнее глобальное потепление, средняя температура нашей планеты за последние несколько миллионов лет постоянно снижалась.

«С понижением температуры в океанах растворимость кислорода повышается, потому что в этом случае для окисления органического углерода [в океане] требуется потребление большего объема кислорода, что в конечном итоге снижает отдаваемый объем кислорода в атмосферу», — говорит ученый.

Столпер добавляет, что могут быть и другие объяснения наблюдаемого спада, и выяснение истинной причины может оказаться довольно сложной задачей. Однако знание того, что именно регулирует кислородный цикл, действительно стоит тех усилий, что потребуются. В конце концов это знание может помочь нам понять то, что именно делает обитаемую планету обитаемой. На фоне поиска новых экзопланет эта информация может оказаться бесценной для науки.

Следует отметить, что анализ Столпера исключает один весьма важный аспект: последние 200 лет развития человеческой промышленности.

«Мы потребляем кислород в тысячу раз больше, чем раньше. Человечество серьезно сократило цикличность кислорода путем сжигания миллионов и миллиардов тонн углеродов», — комментирует ученый.

И хотя Столпер успокаивает, что в ближайшем будущем наша планета не утратит критический запас чистого воздуха для дыхания, «все это является очередным индикатором и доказательством нашей коллективной способности влиять на многие естественные процессы, происходящие на Земле, заметно их ускоряя во вред самим себе».