Припускають, що хаос блискавок, які пронизують небо, відігравав ключову роль у вивільненні таких елементів, як фосфор, роблячи його більш доступним для життя, що розвивалося на стародавній Землі.
Тепер вчені знайшли геологічні докази того, що розряди блискавок, пов’язані з вулканічними подіями, могли також відігравати певну роль у фіксації азоту, роблячи його доступним і для біологічних процесів.
Оскільки вважається, що колись Земля була значно більш вулканічно мінливою у свої молоді роки, це відкриття дозволяє припустити, що нестримний вулканізм міг мати вирішальне значення для виникнення життя, яким ми його знаємо.
“Вперше значна кількість нітратів була виявлена у вулканічних відкладеннях, що утворилися внаслідок дуже потужних вибухових вивержень”, – пише команда під керівництвом геолога Аделіни Ароскей з Університету Сорбонни.
“Ці знахідки надають геологічну підтримку унікальній ролі субаеральних вибухових вивержень у високоенергоємних процесах, які були важливими для постачання будівельних блоків для життя під час його виникнення на Землі”.
Якось, коли Земля була дикою та молодою, процеси на нашій планеті перетворили суміш інгредієнтів на речовини, необхідні для зародження життя. Однією з необхідних для життя речовин є азот – важлива поживна речовина для побудови білків, амінокислот і нуклеїнових кислот.
Земля має величезні запаси азоту; близько 78 відсотків атмосфери складається з нього. Але біологія не може отримати доступ до нього в атмосферній формі молекулярного азоту, або N2; атоми азоту повинні бути розщеплені і приєднані до інших атомів, щоб утворити більш реакційноздатні сполуки, такі як нітрати або аміак.
Тепер, коли існує життя, біологічні процеси, наприклад, у мікробах, що живуть у корінні рослин, можуть прискорити цей процес. Людські промислові технології також можуть закачувати азот і викачувати такі сполуки, як аміак, під дією навантаження на резервуар.
Але до того, як з’явилося життя, потрібен був небіологічний процес, щоб запустити фіксацію азоту. І тут у гру вступає електрика – блискавка. Електричні розряди можуть фіксувати азот, як це було вперше встановлено в 1784 році.
А оскільки блискавки є дуже поширеним явищем під час вивержень вулканів, викликаних величезними хмарами попелу, вчені вважали, що вулканічні блискавки могли відігравати певну роль у запуску азотного циклу ще до того, як життя проклало собі шлях у цьому світі.
Експериментальні дослідження показали, що це було можливо, але геологічні докази фіксованого азоту, що утворився в результаті цього процесу, нечисленні.
Ароскай та її команда знайшли ці докази у вигляді нітратів, вбудованих у давні вулканічні відкладення. Вони зібрали зразки з ряду вулканічних відкладень, що утворилися внаслідок вибухових вивержень у Туреччині та Перу, які відбулися між 1,6 і 20 мільйонами років тому, і шукали саме нітрати, які є кінцевим продуктом окиснення азоту.
Вони виявили значні концентрації нітратів у всіх відібраних ними відкладеннях, з ознаками, які вказували на те, що більша частина нітратів утворилася під час виверження вулканів. Це, за словами дослідників, було вражаюче.
Вони також взяли зразки молодших вулканічних відкладів, віком приблизно від 75 000 до 55 000 років, що утворилися під час менш потужних вивержень; в них також були виявлені нітрати.
Не було виявлено кореляції між віком відкладів і концентрацією нітратів, а це означає, на думку дослідників, що відкладення цих сполук не є результатом поступових процесів, які відбуваються протягом тривалого часу. Нітрати потрапляють у вулканічну породу одним махом.
Концентрації сірки та хлору у відкладеннях також узгоджуються з вулканічним походженням. Усе це свідчить про те, що вулканічні блискавки можуть фіксувати азот у кількостях, достатньо значних для того, щоб відіграти роль у виникненні життя.
І це може дати нам інструмент для інтерпретації інших покладів нітратів по всьому світу. Наприклад, у пустелі Атакама наявність нітратів пояснювали атмосферним осадженням, оскільки вважалося, що співвідношення ізотопів кисню неможливе при вулканічному осадженні. Результати дослідження показують, що такі зв’язки можливі при великих вибухових подіях.
“Відкриття нітратів у вулканічних відкладеннях робить їх першим польовим доказом і геологічним архівом N-фіксації вулканічною блискавкою, і це може мати важливі наслідки”, – пишуть дослідники.
“Ми підрахували, що в середньому близько 60 тераграм азоту може бути зафіксовано під час великої вибухової події. Наші висновки натякають на унікальну роль, яку потенційно відіграють субаеробні вибухові виверження у постачанні необхідних інгредієнтів для виникнення життя на Землі”.
