Железо в древних породах давно используют, чтобы понять, как Земля стала богатой кислородом. Теперь исследователи из Университета штата Мичиган обнаружили, что этот геологический архив хранит и другие сведения. Работа опубликована в PNAS.
Ученые изучили данные о железе за последние 1,2 млрд лет и выяснили, что его изменения связаны не только с содержанием кислорода в океане. На железный цикл также влияли образование гор и распространение растений на суше.
«Железный цикл может рассказать нам больше. Эти данные могут отражать поступление железа с суши и помогать понять, как менялись поверхность Земли, процессы выветривания и наземные растения», — сказал Далтон Хардисти, исследователь Университета штата Мичиган и соавтор работы.
Как железо связано с кислородом
В древних океанах было много растворенного железа, а кислорода почти не было. Поэтому железо соединялось с серой и образовывало пирит, известный как «золото дураков».
Позже фотосинтезирующие микроорганизмы начали выделять кислород. Он вступал в реакцию с растворенным железом, образуя гематит — минерал, содержащий оксид железа. Следы этих процессов сохранились в древних породах, в том числе в знаменитых полосчатых железистых формациях в районе Великих озер.
По соотношению пирита и гематита геологи долгое время определяли, когда океаны начали насыщаться кислородом. Однако новое исследование показывает, что железо могло отражать и изменения на суше.
«Железо, которое мы отслеживали, отражало не только изменения содержания кислорода в океане, как считалось раньше. Мы не отказались от этого метода, а добавили в него еще один компонент, который позволяет получать больше информации», — отметил Хардисти.
Горы оставили след в железном цикле
Исследователи обнаружили, что за последние 500 млн лет пики содержания железа совпадали с крупными периодами горообразования.
Один из примеров связан с Варисским горообразованием, которое происходило во время формирования суперконтинента Пангеи. Когда появляются высокие горные цепи, увеличивается площадь пород, которые подвергаются воздействию воды и воздуха.
Этот процесс называется выветриванием. Вода и кислород постепенно разрушают горные породы, высвобождая содержащиеся в них вещества. Железо из таких пород окисляется, а затем может переноситься реками в океан.
Получается, что изменения рельефа могли заметно влиять на количество железа, поступавшего в древние моря.
Растения тоже изменили процесс
С распространением растений на суше этот механизм стал еще заметнее. Корни выделяют вещества, которые помогают разрушать горные породы и высвобождать железо.
Кроме того, растения удерживают почву и осадок в руслах рек. Благодаря этому частицы дольше остаются в воде, а железо получает больше времени для реакции с кислородом. Образовавшиеся соединения затем могут попасть в океан.
Для самых древних периодов исследователи подтвердили прежнюю картину. Тогда железо в морских осадках действительно в основном отражало уровень кислорода. Позже все большую роль стало играть поступление железа с континентов.
По мнению ученых, такой подход позволит точнее восстанавливать историю Земли. Он также может помочь понять, как изменение климата в будущем повлияет на поверхность планеты и круговорот веществ.
«Железо остается важным способом изучать прошлое. Наши результаты помогут исследователям расширить инструменты и продолжить изучать, как изменение климата повлияет на планету», — сказал Хардисти.