ІЗОТОПНО-ГЕОХІМІЧНІ АСПЕКТИ ВИНИКНЕННЯ ЖИТТЯ НА ЗЕМЛІ В РАННЬОМУ ДОКЕМБРІЇ
DOI:
https://doi.org/10.32782/geotech2025.39.01Ключові слова:
архей, протерозой, Велика киснева подія, гідротермальний флюїд, ізотопний складАнотація
Час появи життя та кисню на Землі є дискусійним. З метою пошуку ознак наявності життя й еволюції зовнішніх оболонок Землі, зокрема часу появи в атмосфері кисню, було проведено комплексне ізотопно-геохімічне дослідження порід та гідротермального флюїду родовищ докембрію Українського щита та порід Криворіжської надглибокої свердловини. Об’єкти, у яких було досліджено вміст Н2О і СО2 та ізотопний склад вуглецю СО2 у газово-рідких включеннях у кварці, піриті й польових шпатах у системі олігоклаз, ортоклаз-мікроклін-альбіт, належать до двох регіонів (мегаблоків) Українського щита й одночасно характеризують три вікові групи – мезоархейську, неоархейську та палеопротерозойську. Отримані результати дали змогу виявити еволюцію екзогенних процесів та ознаки наявності життя в зовнішніх оболонках Землі, зокрема часу появи в атмосфері кисню. Свідченням наявності життя вважається зменшення вмісту важкого вуглецю 13С у речовині. Згідно з нашими даними, лише починаючи з палеопротерозою спостерігається зменшення вмісту 13С в СО2 гідротермального флюїду, яке характерне для біогенного походження. Імовірним поясненням цього явища може бути зміна кількості кисню у верхніх оболонках Землі, що збігається з відомою оцінкою еволюції вмісту кисню в атмосфері Землі. Встановлено послідовне зменшення як вмісту вуглекислого газу, так і вмісту важкого вуглецю 13С у ньому в гідротермальних флюїдах минералоутворення золото- та урановорудних систем Українського щита від мезоархею до палеопротерозою. Підтверджено, що Велика киснева подія, тобто збільшення вмісту кисню в атмосфері Землі і відбулася в палеопротерозої між 2550 та 2000 млн років тому. Показано, що зменшення вмісту вуглекислого газу в гідротермальному флюїді докембрію відбулось у неоархеї між 2700 та 2550 млн років тому, тобто раніше збільшення в палеопротерозої вмісту кисню в атмосфері (Великої кисневої події) та утворення величезних покладів карбонатів.
Посилання
Бобров О. Б., Степанюк Л. М., Паранько І. С., Пономаренко О. М., Шумлянський Л. В, Дьюйм Б. Генезис та вік циркону із «латівського» горизонту Криворізької серії Українського щита. Мінералогічний журнал. 2011. № 1. С. 30–40. http://dspace.nbuv.gov.ua/h2003andle/123456789/62829.
Фомин Ю. А., Демихов Ю. Н., Верховцев В. Г., Борисова Н. Н., Чупринова С. Ф. Карбонати рудних родовищ раннього докембрію центральної частини українського щита. Геохімія техногенезу. 2020. № 3(31). С. 112–122. https://doi.org/10.15407/geotech2020.31.112.
Фомін Ю. О., Деміхов Ю. М., Верховцев В. Г., Борисова Н. М. Флюїди мінералоутворення як індикатор еволюції зовнішніх оболонок раннього докембрію Землі. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 7. 72‑76. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143375.
Condie, K.C. (2011), Earth as an evolving Planetary System. Elsevier, Second Edition, Elsevier/Academic Press, 578 р. https://www.amazon.com/Earth-as-Evolving-Planetary-System/dp/0123852277.
Hoefs, J. (2015), Stable Isotope Geochemistry. Springer International Publishing Switzerland: 389 р. http://ndl.ethernet.edu.et/bitstream/123456789/63863/1/Jochen%20Hoefs_2015.pdf/
Holland, Heinrich D. (2006), The oxygenation of the atmosphere and oceans. Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological Sciences, 361 (1470): 903–915. DOI: 10.1098/rstb.2006.1838.
Kirschvink, J.L. & Kopp, R.E. (2008), Paleoproterozic icehouses and the evolution of oxygen mediating enzymes: the case for a late origin of Photosystem-II. Phil. Trans. R. Soc., 363: 2755–2765. DOI: 10.1098/rstb.2008.0024.
Knauth, L. Paul, Lowe, Donald (2003), High Archean climatic temperature inferred from oxygen isotope geochemistry of cherts in the 3.5 Ga Swaziland Supergroup, South Africa. Geological Society of America Bulletin: 115. 5. 566-580. https://doi.org/10.1130/0016-7606(2003)115<0566:HACTIF>2.0.CO;2.
Knauth, L. Paul. (2005), Temperature and salinity history of the Precambrian ocean: implications for the course of microbial evolution. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 219: 1–2, 11, 53–69. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2004.10.014.
Lane, Nick (2011), First breath: Earth’s billion-year struggle for oxygen. New Scientist. No. 2746. https://www.newscientist.com/article/mg20527461-100-first-breath-earths-billion-year-struggle-for-oxygen/.
Lewis, J. Alcott, Craig, Walton, Noah, J. Planavsky, Oliver, Shorttle, Benjamin, J.W. Mills (2024), Crustal carbonate build-up as a driver for Earth’s oxygenation Nature Geoscience, 17: 458–464. https://www.nature.com/articles/s41561-024-01417-1.
Lyons, T.W., Reinhard, C.T., Planavsky, N.J. (2014), The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere. Nature: Iss., 506: 307–315. https://doi.org/10.1038/nature13068.
Monakhov, V.S., Sukach, V.V., Kostenko, O.V., Malykh, M.M. (1999), Gold-bearing factors of the Middle Dnieper granite-greenstone Area of Ukrainian Shield (for Sursk greenstone structure). Минерал. журн., 21 (4): 20–31.
Oskierski, Hans C., Turvey, Connor C., Wilson, Siobhan A., Dlugogorski, Bogdan Z., Mohammednoor, Altarawneh, et al. (2021), Mineralisation of atmospheric CO2 in hydromagnesite in ultramafic mine tail-ings – Insights from Mg isotopes. Geochimica et Cosmochimica Acta, 309: 191–208. https://hal.science/hal-03377454v1.
Rosing, M.T. & Frei, R. (2004), U-rich Archaean sea-floor sediments from Greenland – indications of 3700 Ma oxygenic photosynthesis. Earth Planet. Sci. Lett, 217: 237–244. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(03)00609-5.
Sanjoy, M. Som, David, C. Catling, Jelte, P. Harnmeijer, Peter, M. Polivka, Roger, Buick (2012), Air density 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil raindrop imprints. Nature, 484: 359–362. https://www.nature.com/articles/nature10890.
Schidlowski, M. (1983), Evolution of photoautotrophy and early atmospheric oxygen levels. Precambrian research, 20 (2–4): 319–335. DOI: 10.1016/S0166-2635(08)70249-4.
Schidlowski, M.A. (1988), 3,800-million-year isotopic record of life from carbon in sedimentary rocks. Nature, 333: 313–318. DOI: 10.1038/333313a0.
Schidlowski, M. Appel, P.W.U. Eichmann, R. Junge, C.E. (1979), Carbon isotope geochemistry of the 3.7 x 109-yr-old Isua sediments, West Greenland: implications for the Archaean carbon and oxygen cycles. Geochimica et Cosmochimica Acta, 43 (2): 189–199. https://doi.org/10.1016/0016-7037(79)90238-2.
Schidlowski, M., Hayes, J.M., Kaplan, I.R. (1983), Isotopic inferences of ancient biochemistries: carbon, sulphur, hydrogen and nitrogen. Earth’s earliest biosphere: its origin and evolution, Princeton University Press, Princeton, 7: 149–186.
Schidlowski, M. Eichmann, R., Junge, C.E. (1975), Precambrian sedimentary carbonates: carbon and oxygen isotope geochemistry and implications for the terrestrial oxygen budget. Precambrian Research, 2 (1): 1‑69. https://doi.org/10.1016/0301-9268(75)90018-2.
Taylor, H.P. (1974), The application of oxygen and hydrogen isotope studies to problems of hydrothermal alteration and ore deposition. Econ Geol., 69: 843–883. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.69.6.843.
Valley, J.W, Lackey, J.S., Cavosie, A.J., Clechenko, C.C., Spicuzza, M.J., Basei, M.A.S., Bindeman, I.N., Ferreira, V.P., Sial, A.N., King, E.M., Peck, W.H., Sinha, A.K., Wei, C.S. (2005), 4.4 billion years of crustal maturation: Oxygen isotopes in magmatic zircon. Contrib. Mineral. Petrol, 150: 561–580. DOI: 10.1007/s00410-005-0025-8.
Yang, Wenbo, Holland, Heinrich D., Rye, Rob. (2002), Evidence for low or no oxygen in the late Archean atmosphere from the ∼2.76 Ga Mt. Roe #2 paleosol, Western Australia: Part 3. Geochimica et Cosmochimica Acta, 66 (21): 3707–3718. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(01)00673-1.
