Несколько миллиардов лет назад океаны, вероятно, были не такими горячими, как часто предполагают, а имели гораздо более умеренные температуры. К такому выводу пришла исследовательская группа из Геттингенского университета и Немецкого исследовательского центра наук о земле (GFZ) в Потсдаме.

Ученые проанализировали "кремнистый сланец" — осадочные породы, которые образуются из морской воды и останков существ, выделяющих кремнезем. Используя эти "капсулы времени", команда показала, что соотношение изотопов кислорода определяется охлаждением твердой Земли и в меньшей степени зависит от температуры морской воды. Результаты были опубликованы в PNAS.

Как может быть, что древние кремни — возрастом от 3,85 до 2,5 миллиардов лет — так сильно обогащены более легким изотопом кислорода (кислород-16 или 16O)? Какую информацию об истории нашей Земли на самом деле хранят эти ценные капсулы времени? Чтобы исследовать эту многолетнюю загадку в области наук о земле, исследовательская группа изучила кремни возрастом около 550 миллионов лет из юго-восточного Китая.

Эти образцы подтверждают, что после осаждения осадочного ила аморфные предшественники кремней перекристаллизовываются на сотни метров ниже поверхности Земли, регистрируя температуру на глубине, а не температуру океана над ними. Это открытие породило идею о том, что соотношение изотопов кислорода может зависеть от теплового потока из недр Земли — совершенно новый взгляд на старую загадку.

"Наши расчеты показывают, что когда поток тепла выше, доля кислорода-16 становится выше, потому что перекристаллизация происходит при более высоких температурах", - говорит младший профессор Майкл Татцель из Центра геонаук Геттингенского университета. В то же время морская вода в этих условиях обогащается кислородом-16.

Это решает загадку о том, почему в древних кремнях содержится большая доля более легкого изотопа кислорода: тепловой поток на ранней Земле был примерно вдвое больше современных значений. "Очевидно, что в прошлом Cherts не были точными регистраторами температуры морской воды. Наши результаты означают, что нам нужно совершенно по-новому интерпретировать изотопы кислорода в кремнях", - говорит Татцель.

Соавтор Патрик Фрингс из GFZ Potsdam добавляет: "Я думаю, что эта работа откроет двери для некоторых захватывающих новых разработок в ближайшие годы, потому что наше понимание эффекта теплового потока позволит более точно реконструировать температуру морской воды в глубоком геологическом времени. Кроме того, мы сможем расшифровать термическую структуру и тектоническую историю древних осадочных бассейнов".

Рассчитанное влияние теплового потока на изотопы кислорода в кремнях также означает, что изотопически легкие архейские кремни указывают на умеренный или теплый климат на ранней Земле — горячие океаны кажутся очень маловероятными. Этот вывод имеет центральное значение для понимания эволюции жизни на молодой Земле.