Примерно 2,5–2 миллиарда лет назад на поверхности Земли произошло крупнейшее химическое изменение за всю её историю. В атмосфере начал накапливаться кислород, что запустило процессы, в итоге позволившие около полумиллиарда лет назад появиться сложным организмам — растениям и животным. Как сообщает ScienceDaily, новое исследование учёных Калифорнийского технологического института (Caltech) ставит под сомнение глобальный характер одного из ключевых свидетельств той эпохи.
С ростом уровня кислорода огромные массы микробного материала оказались погребены под морским дном. Это захоронение связало углерод в породах и оставило необычный изотопный след. Десятилетиями многие специалисты трактовали такой след как доказательство того, что круговорот углерода на планете резко разбалансировался в мировом масштабе. Подтверждения находили в кернах — длинных цилиндрах твёрдой породы, извлечённых из древних морских отложений в Карелии и в бассейне Франсвиль в Габоне.
Однако новая работа, возглавляемая исследователями Caltech, поднимает вопрос, действительно ли российские образцы фиксируют событие планетарного масштаба. «Одна из главных дискуссий вращается вокруг необычного сигнала углеродных изотопов, который часто трактовали как свидетельство общемирового изменения среды, — говорит Ниведита Тьягараджан, старший научный сотрудник Caltech. — Мы изучили газы, заключённые в микроскопических полостях пород заонежской формации в Карелии, одного из древнейших известных месторождений ископаемой нефти, и выяснили, что сигнал изотопов углерода в этом ключевом месте можно объяснить локальными явлениями в осадочном бассейне площадью в несколько сотен квадратных километров, а не процессами в масштабе всей планеты».
Тьягараджан — ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Geology. В исследовании описано, как учёные восстановили последовательность изменений, запечатлённых в карельских породах после первого крупного роста содержания кислорода в атмосфере. Изотопы углерода — более тяжёлые или лёгкие формы элемента — несут информацию о происхождении биологического материала, накопившегося миллиарды лет назад. Измеряя их соотношение в кернах, специалисты выстраивают картину древних изменений среды, примерно как читают годовые кольца дерева. Необычный сигнал, найденный и в заонежской формации, и в породах Габона, известен как шуньга-франсвильское событие; его часто приводили как доказательство глобального сбоя углеродного цикла около 2 миллиардов лет назад.
Чтобы взглянуть на это событие под другим углом, исследователи проанализировали керны, хранящиеся в Геологической службе Норвегии (NGU). Их интересовали газы, запечатанные в микроскопических флюидных включениях в образцах заонежской формации, богатых пиробитумом — нерастворимой формой органического углерода, которая образуется при сильном нагреве погребённой нефти или керогена в недрах. Проект сложился после того, как Айво Лепланд из NGU приехал в Caltech в творческий отпуск и привёз новые измерения изотопов в газах из заонежских пород. Тьягараджан и Джон Айлер к тому времени как раз завершили работу по измерению изотопных соотношений в природных газах, что помогло им создать более широкую основу для понимания образования природного газа. Соединив данные и опыт, учёные предложили иную трактовку древних изотопных сигналов.
Команда предполагает, что через слои морских осадков заонежской формации, находившейся тогда под доисторическим океаном, внедрился магматический пласт. Тепло магмы прогрело насыщенные органикой отложения, что привело к образованию углеводородов, включая метан и пропан. Эти газы поднимались вверх через осадки и в итоге достигали микробов у морского дна, которые потребляли метан. Такие микробы производили биомассу с лёгким изотопным сигналом углерода, что потенциально объясняет необычный след в породах. Температурные данные подтверждают эту версию: учёные выявили большой термический градиент — от примерно 350 градусов Цельсия рядом с магматическим внедрением до около 72 градусов на древнем асфальтовом излиянии на морском дне примерно в 300 метрах выше. «Эта цепочка геологических и биологических процессов может объяснить необычный сигнал изотопов углерода, зафиксированный в заонежской формации, — говорит Тьягараджан. — Было интересно увидеть, что некоторые из тех же сигналов, которые мы наблюдаем в современных нефтегазовых бассейнах, сохранились и в образцах возрастом 2 миллиарда лет».
Исследователи подчёркивают, что не могут полностью исключить вклад других процессов. Тем не менее их результаты указывают: аномалия изотопов углерода в Заонежье была вызвана главным образом событиями внутри местного осадочного бассейна, а не глобальным нарушением. «Поскольку Заонежье — эталонный объект для шуньга-франсвильского события, наши находки ставят важные вопросы о том, стоит ли считать его общемировым», — отмечает Тьягараджан. Следующий шаг — выяснить, объясняет ли та же модель похожий изотопный сигнал в Габоне. Планируется проанализировать образцы, собранные в рамках проекта GOE-DEEP, софинансируемого Международной программой континентального научного бурения. Цель — проверить, сформировали ли местные геологические и биологические процессы, подобные выявленным в России, габонскую летопись пород. Летом 2025 года Лепланд провёл в Габоне четыре месяца, координируя буровую кампанию. Новые керны прибыли в NGU в феврале, а их отбор международной командой из 18 стран запланирован на конец года. «Теперь мы можем действительно собрать всё воедино, проведя аналогичное исследование габонских пород и сравнив два объекта, — говорит Лепланд. — Именно так наука движется вперёд». Статья в Geology называется «Paleoproterozoic thermogenic hydrocarbon generation, Zaonega Formation, Russia»; среди её авторов также Флориан Айхингер из Hydroisotop GmbH и Энтони Прави из Университета Сент-Эндрюс в Шотландии.