Российские ученые смоделировали условия на Земле в период возникновения жизни

Исследование провели ученые лаборатории биогеохимии окружающей среды Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН). Полученные результаты опубликованы в журнале «Биосфера». Вопреки традиционным представлениям о горячей, плотной и богатой вулканическими газами ранней атмосфере, авторы исследования пришли к выводу, что в эпоху появления жизни на Земле господствовал в целом прохладный и сухой климат.

Моделирование показало, что атмосфера в этот период была тонкой, полупрозрачной для ультрафиолета, с давлением у поверхности около 0,35 бара. Она состояла преимущественно из азота с небольшими примесями водяного пара, углекислого газа, а также следовых количеств аммиака, циановодорода и формальдегида. В экваториальных областях температура была чуть выше нуля, воздух характеризовался сухостью и малой облачностью.

Первичный солевой состав океана также радикально отличался от современного хлоридно-натриевого. Он был преимущественно хлоридно-аммонийным, с незначительной долей натрия. Лишь позже, с поступлением гидрокарбоната натрия с суши, кислотность (pH) океана повысилась до значений 9–9,5, что постепенно вытеснило аммоний из воды в атмосферу в виде аммиака. Со временем натрий полностью заместил аммоний, и состав океана приблизился к современному. В атмосфере аммиак под действием ультрафиолетового излучения распадался на водород и молекулярный азот, который составляет основу воздушной оболочки планеты и сегодня.

Высокая щелочность древнего океана привела к глубокой очистке воды от катионов кальция, магния и железа. Это, в свою очередь, создало условия для накопления в воде фосфата — еще одного ключевого элемента. Именно в этой специфической среде, богатой аммонием, фосфатом и формальдегидом (который является предшественником сахаров), по мнению исследователей, и могла зародиться земная жизнь. Эти соединения являются строительными блоками для первых органических молекул — рибонуклеиновой кислоты (РНК) и аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), выступающей универсальным источником энергии в клетках. Аммоний был необходим для образования аминокислот, а циановодород — для синтеза азотистых оснований, без которых не возникли бы ни РНК, ни АТФ.

Авторы работы отмечают, что аналогичные процессы, вероятно, происходили и на ранней Венере, которая также обладала океаном и эволюционировала по схожей схеме, меняя состав атмосферы и гидросферы. Вопрос о том, успела ли там зародиться жизнь, остается открытым. Если океаны с хлоридным составом на двух планетах образовались «геологически мгновенно», то углекислота поступала из мантии равномерно на протяжении всей геологической истории.

Различие в судьбах двух планет ученые видят в эффективности очистки атмосферы от углекислого газа: Земля смогла переводить его в карбонатные осадки, тогда как на Венере возник необратимый парниковый эффект, который привел к испарению океанов. Оставшийся после потери воды слой солей мощностью около 50 метров позднее был полностью погребен под лавовыми потоками, которые сегодня покрывают большую часть поверхности адской «сестры Земли».

Подробнее о климате, температуре и других основных характеристиках Венеры рассказывали в подробном разборе.

Визуализация Pro Космос