Лакмус для океана: при какой кислотности воды в ней зарождается жизнь12.02.2025 17:15

Ученые из Йельского университета и Сингапура разработали то, что может стать своеобразной «лакмусовой бумажкой» для Земли — комплексную модель оценки океанической среды на пригодность для жизни.

Новая теоретическая модель опирается на результаты ранее опубликованных исследований, проведенных в Йеле. Она учитывает широкий спектр взаимосвязанных геологических, гидрологических и атмосферных процессов. Диагностика призвана дать е четкое представление о том, как Земля эволюционировала и дошла до такой степени, что на ней смогла зародиться жизнь.

«Это выдающееся теоретическое исследование, устраняющее давний разрыв между поверхностными процессами и процессами, происходящими глубоко в недрах Земли», — сказал Джун Коренага, профессор наук о Земле и планетах Йельского университета и соавтор нового исследования, опубликованного в журнале Nature Geoscience. «Эта работа представляет собой наиболее полную системную модель Земли, в том числе позволяющую оценить, как менялся водородный индекс (уровень pH) океана на протяжении существования больших запасов жидкой воды на Земле».

Термин »pH» — это показатель концентрации ионов водорода в водном растворе. Чем ниже уровень pH, тем выше кислотность. Раствор с pH ниже 7 считается кислым. Уровень pH современной морской воды близок к 8.

Распространено мнение, что древний океан Земли был гораздо более кислым, что исключало возникновение и поддержание жизни. Многие ученые обнаружили, что синтез органических молекул крайне затруднен в среде с уровнем pH ниже 7.

«Чтобы понять происхождение жизни, важно понять, когда и как на Земле появился океан с более нейтральным уровнем pH», — сказал Мэн Го, бывший аспирант Йельского университета в лаборатории Коренаги, который сейчас работает в Технологическом университете Наньян в Сингапуре и является первым автором нового исследования.

«Моделирование долгосрочной эволюции океана — заведомо сложная задача, поскольку она затрагивает почти все компоненты планеты Земля: атмосферу, океан, кору и мантию».

Например, pH океана в значительной степени зависит от содержания углекислого газа в атмосфере (CO2), на которое, в свою очередь, влияет множество других факторов. Концентрация CO2 снижается, например, в результате его химической реакции с материалом континентов и глубоководной океанической коры. Погружения тектонических плит в недра Земли в результате субдукции и вулканическая активность на суше и под водой резко повышают уровень CO2 в атмосфере.

Для своего исследования ученые тщательно откалибровали и установили параметры функционирования каждого из этих компонентов, а затем заставили их взаимодействовать. Исследователи опирались на серию исследований ранней Земли, опубликованных ранее.

«Я думаю, что основная причина, по которой мы можем проводить такое моделирование сейчас, заключается в том, что за последние несколько лет наше понимание тектоники ранней Земли значительно улучшилось», — сказал Коренага. «Эта работа была сосредоточена на эволюции континентальной коры и физике магмы».

Используя свою новую модель, эксперты посчитали, что Земле потребовалось 500 миллионов лет, чтобы нейтрализовать кислотность океана настолько, чтобы поддерживать жизнь. Возможно, раньше существовали участки воды с более нейтральным уровнем pH, но не в таких больших масштабах, чтобы там могла зародиться даже примитивная жизнь.

Исследователи заявили, что их открытия могут пролить свет не только на процессы, происходившие на ранней Земле, но и на динамику углеродных циклов в современных условиях.