Раннее тепло Земли может быть объяснено реакцией образования метана
Недавно открытый химический процесс мог привести к повсеместному образованию парникового газа метана, когда Земля была молода. В реакции не участвуют живые организмы, поэтому она могла произойти в начале истории нашей планеты.
«Мы определили потенциальный новый источник метана еще до возникновения жизни», — говорит Йоханнес Ребелейн из Института наземной микробиологии им. Макса Планка в Марбурге (Германия).
Если бы образовалось достаточное количество метана, это могло бы помочь объяснить, почему Земля оставалась теплой в то время, когда солнце было тусклее, чем сегодня.
Открытие также может еще больше усложнить поиск жизни на других планетах. Считается, что метан в воздухе планеты является признаком жизни, но астрономы должны будут исключить новый процесс в качестве объяснения любого обнаружения этого газа.
Метан — обычное химическое соединение: каждая молекула состоит из одного атома углерода, окруженного четырьмя атомами водорода. Это парниковый газ, который удерживает солнечное тепло, нагревая планету.
Сегодня большая часть метана производится живыми организмами, которые используют для этого сложные молекулы, называемые ферментами. Однако в 2022 году Ребелейн и его коллеги определили процесс, посредством которого метан может образовываться в живых организмах без участия ферментов. Химические вещества, содержащие углерод, серу и азот, были преобразованы в метан под действием высокореактивных веществ, включая электрически заряженное железо и активные формы кислорода.
Это побудило команду задаться вопросом, может ли такая же реакция происходить вне живых клеток. «В природе встречается железо; в воде есть активные формы кислорода», — говорит Ребелейн.
Команда поставила небольшие флаконы с несколькими миллилитрами воды, содержащей стартовые химические вещества, при температуре от 37°C до 97°C. «Мы добавили к ним железо, а затем просто инкубировали их либо при повышенной температуре, либо при свете», — говорит Ребелейн.
Метан образовывался постоянно, скорость увеличивалась при более высоких температурах или при освещении образцов — свет расщеплял некоторые молекулы воды, образуя активные формы кислорода.
Ребелейн говорит, что результаты могут помочь объяснить загадку, называемую парадоксом слабого молодого солнца. Когда Солнце только что образовалось, оно было значительно тусклее, чем сегодня, однако геологические данные свидетельствуют о том, что тогда Земля была теплой и не замерзала.
Исследователи давно подозревали, что этому способствовал высокий уровень метана. «Возможно, мы сможем немного закрыть этот пробел, показав новый механизм доставки метана», — говорит Ребелейн. Однако, по его словам, неясно, сколько метана на самом деле может произвести новый процесс.
Уже было известно, что метан может образовываться в отсутствие жизни, хотя и по другому процессу. Когда вода течет через горные породы, богатые железом и магнием, они превращаются в зеленый минерал, называемый серпентинитом, и в качестве побочного продукта выделяется метан.
Этот процесс, называемый серпентинизацией, является доминирующим небиологическим источником метана на Земле и, вероятно, был и на ранней Земле, говорит Джада Арни из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде, который не участвовал в исследовании.
Ребелейн говорит, что он убежден, что серпентинизация также сыграла большую роль в сохранении тепла на молодой Земле.
«Парадокс слабого молодого солнца в наши дни уже не парадокс», — говорит Арни. Наоборот, это «вопрос, на который есть много правдоподобных ответов», но на который мы, возможно, никогда не сможем ответить окончательно.
Новая находка еще больше усложнит поиски жизни за пределами Земли. Поскольку метан вырабатывается живыми организмами, он был предложен в качестве «биосигнатуры»: если на планете есть метан в воздухе, считается, что это признак жизни. На Марсе неоднократно обнаруживали метан, и это интерпретировалось как свидетельство микробной жизни.
«Любая планета с водой на ней потенциально также должна демонстрировать этот механизм, который мы здесь описываем», — говорит Ребелейн. «Метан больше не является идеальной биосигнатурой».
Арни говорит, что тот факт, что метан может быть получен путем серпентинизации, уже усложнил его использование в качестве биосигнатуры, и новое открытие добавляет к этому. «Это добавляет к куче вещей, о которых нам придется подумать».
Для Арни решение состоит в том, чтобы найти несколько линий доказательств, которые рисуют связную картину. Атмосфера Земли содержит кислород, поэтому молекулы метана разрушаются примерно за 10 лет. «Поэтому метан должен производиться очень быстро чтобы оставаться в атмосфере», — говорит она. «Эта быстрая скорость производства намного выше, чем любые известные нам абиотические процессы». В результате смесь метана и кислорода является лучшей биосигнатурой, чем один только метан.
Обсудим?
Смотрите также:
