В атмосфере молодой Земли кислорода было очень мало: сегодняшние 20% этого газа в воздухе – результат деятельности фотосинтезирующих растений и бактерий. Первыми выделять кислород начали цианобактерии – одноклеточные фотосинтезирующие организмы. Сначала выделяемый ими кислород расходовался только на окисление горных пород, однако около 2,5 млрд лет этот процесс завершился, и кислород начал накапливаться в воздухе и растворяться в океане; это событие называют кислородной революцией (или катастрофой, поскольку в результате обогащения атмосферы кислородом погибли виды, приспособленные к жизни в восстановительной, а не окислительной атмосфере), сообщается на страницах журнала Nature Geochemistry.

Скачок содержания кислорода в атмосфере древней Земли определяют по распределению изотопов серы в осадочных породах. Как выяснила в середине девяностых группа геохимиков из Калифорнийского технологического института, распределение изотопов серы резко изменилось после кислородной революции из-за появления озонового слоя, укрывшего Землю от солнечного ультрафиолета, который увеличивал реакционную способность легких изотопов серы и создавал так называемое независимое от массы распределение.

О деятельности первых фотосинтезирующих организмов до кислородной революции учёные узнают по составу осадочных пород, медленно накапливавшихся в «кислородных карманах». Это участки вблизи больших бактериальных матов, вокруг которых концентрация кислорода была ближе к современной, чем на всей остальной планете. Известно несколько таких «кислородных карманов» возрастом от 2,5 до 2,7 млрд лет, их находили на всех континентах, кроме Антарктиды. Помимо углерода (из углекислого газа), водорода и кислорода (из воды), им нужны другие элементы, такие как сера и азот. Цианобактерии получали серу, восстанавливая ее из сульфатов в почве. Породы, на которых жили и делились цианобактерии, как и породы, образовавшиеся после кислородной революции, характеризуются независимым от массы распределением изотопов серы.

В прошлом году международная группа геологов обнаружила на территории заповедника Понгола в ЮАР породу, распределение изотопов серы в которой говорит о высокой концентрации кислорода в атмосфере уже 2,97 млрд лет назад, задолго до того, как произошла кислородная революция. Распределение изотопов серы в породах формации Понгола делает понгольский «кислородный карман» древнейшим из известных на сегодняшний день.