Океанское дно обширно и разнообразно, составляя более 70% поверхности Земли. Ученые уже давно используют информацию из отложений на дне океана—слоев горных пород и микробной грязи—для реконструкции условий в океанах прошлого.

Эти реконструкции важны для понимания того, как и когда кислород стал доступен в атмосфере Земли и в конечном итоге увеличился до уровня, который поддерживает жизнь, как мы ее знаем сегодня.

Однако реконструкции, которые полагаются на сигналы от осадочных пород, но игнорируют влияние местных осадочных процессов, делают это на свой страх и риск, согласно геофизикам, включая Дэвида Фике из Университета Вашингтона в Сент-Луисе.

Их новое исследование, опубликованное 26 февраля в журнале Science Advances, основано на анализе минерала под названием пирит (FeS2), который образуется в присутствии бактерий. С его химически восстановленным железом (Fe) и серой (S) захоронение пирита в морских отложениях является одним из ключевых факторов контроля уровня кислорода в атмосфере Земли и океанах.

Исследователи сравнили пирит в отложениях, собранных в скважине, пробуренной на шельфе недалеко от восточного побережья Новой Зеландии, с отложениями, пробуренными из того же океанского бассейна, но на сотни километров в Тихий океан.

"Мы смогли получить градиент от мелких до глубоких отложений и сравнить различия между этими изотопными составами пирита между этими разрезами", - сказал Фике, профессор наук о Земле и планетах и директор экологических исследований Вашингтонского университета.

"Мы демонстрируем, что для этого бассейна в открытом океане вы получаете очень разные сигналы между мелкой и глубокой водой, что является очевидным доказательством того, что эти сигналы не являются глобальным отпечатком кислорода в атмосфере", - сказал Фике, который также является директором Международного центра энергетики, окружающей среды и устойчивого развития Вашингтонского университета (InCEES).

Вместо того, чтобы указывать непосредственно на кислород, те же сигналы от пирита могут быть переосмыслены, поскольку они связаны с другими важными факторами, такими как изменение уровня моря и тектоника плит.

Фике и первый автор Вирджил Паскье, постдокторант Института наук Вейцмана в Израиле, впервые задались вопросом о том, как пирит использовался в качестве прокси в исследовании, опубликованном в PNAS в 2017 году с использованием отложений Средиземного моря. Для своих постдокторских исследований Паскье работал с профессором Итаем Халеви в Институте Вейцмана, чтобы понять различные механизмы контроля изотопного состава пирита. Их результаты вызывают озабоченность по поводу общего использования изотопов пиритной серы для реконструкции эволюционирующего состояния окисления Земли.

"Строго говоря, мы исследуем связанные циклы углерода, кислорода и серы, а также контроль за окислительным состоянием атмосферы", - сказал Паскье.

"Гораздо более сексуально для статьи реконструировать прошлые изменения в химии океана, чем сосредоточиться на захоронении камней или на том, что произошло во время захоронения", - сказал он. - Но я нахожу эту часть еще более интересной. Потому что большая часть микробной жизни—особенно в те времена, когда кислород первоначально накапливался в атмосфере,—происходила в отложениях. И если наша конечная цель-понять насыщение океанов кислородом, то мы должны это понять."

Для этого исследования команда провела 185 изотопных анализов серы пирита вдоль двух скважин. Они определили, что изменения в сигналах пирита из прибрежной скважины в большей степени контролируются изменениями уровня моря в местном осадконакоплении, а не каким-либо другим фактором.

Напротив, отложения в более глубокой скважине были невосприимчивы к изменениям уровня моря. Вместо этого они зафиксировали сигнал, связанный с длительной реорганизацией океанских течений.

"Существует порог глубины воды",-сказал Роджер Брайант, соавтор и аспирант лаборатории Фике в Вашингтонском университете, а ныне аспирант Чикагского университета. "Как только вы опускаетесь ниже этой глубины воды, изотопы серы, по-видимому, не чувствительны к таким вещам, как климат и условия окружающей среды в поверхностной среде."

Фике добавил: "Земля-сложное место, и мы должны помнить об этом, когда пытаемся реконструировать, как она изменилась в прошлом. Существует целый ряд различных процессов, которые влияют на типы сигналов, которые сохраняются. Поскольку мы пытаемся лучше понять долгосрочную эволюцию Земли, нам нужно иметь более детальное представление о том, как извлекать информацию из этих сигналов."

ИСТОЧНИК