Древние никелевые руды, вероятно, образовались из-за того, что в атмосфере Земли не хватало кислорода. Дело в том, что сера в сульфиды поступала из воздуха, а не напрямую из вулканических выделений, как предполагали ранее.

Множество земных рудных месторождений, которые сейчас поддерживают глобальную экономику и техническое развитие человечества, образовались много лет назад. Химические процессы, происходящие тогда на Земле, очень сильно отличались от современных.

Геохимики Эндрю Беккер (Andrew Bekker) из Университета Манитобы в Канаде и Дуг Рамбл (Doug Rumble) из вашингтонского Университета Карнеги в США исследовали связь серы, содержащейся в минералах коматиитах, с состоянием древней атмосферы.

Срез австралийского коматиита (никельсодержащая руда) с вкраплениями хризолитов представлен на рисунке. Это застывший поток лавы, которая изверглась на поверхность планеты более чем 2,7 млн лет назад. Изучая ее, можно получить информацию о геологических процессах ранней Земли.

Крошечная разница

Беккер и Рамбл изучали соотношение изотопов серы, входящей в состав сульфидов, которые связывают в коматиитах никель и железо. Соотношение разных изотопов -- обычной серы-32 и более редкой серы-33 -- в различных средах обычно сравнительно постоянно, и в большинстве химических реакций они ведут себя одинаково. Например, молекулы газа диоксида серы-33 в воздухе под действием прямого солнечного света, точнее, его ультрафиолетовой компоненты, разлагаются быстрее, чем молекулы, содержащие «легкую» серу. В воздухе становится больше легкой серы, а в осадках -- серы тяжелой.

«Если в атмосфере слишком много кислорода, то через нее проникает недостаточно ультрафиолета, и эта реакция не может произойти, -- рассказывает Рамбл. -- Поэтому если вы обнаружите изотопные аномалии по сере в камне определенного века, то получите представление об уровне кислорода в атмосфере того времени».

Изотопный след атмосферы

Во многих исследованных образцах коматиитов Беккер, Рамбл и их коллеги действительно обнаружили повышенное содержание серы. Это значит, во-первых, что сера в этих минералах имеет «атмосферное» происхождение, а во-вторых, что период формирования этих минералов пришелся на такой момент в истории Земли, когда в воздухе не было или практически не было кислорода.

Беккер и его коллеги считают, что древние фотохимические реакции в некогда бескислородной атмосфере породили сульфиды, которые выпали в качестве осадков и в конце концов закончили свой путь на бедном серой морском дне. Там они смешались с магмой, извергаемой подземными вулканами, и сформировали отложения сульфидных руд.

История Земли и местонахождение руд

Открытие показывает, что глобальные процессы с участием серы в океане, атмосфере и на земле фундаментально связаны. И формирование руд в глубине планеты является одним из звеньев этой цепи. Изучение ранней Земли имеет значение не только для фундаментальной науки. Более глубокое знание геохимии этих процессов может привести к созданию эффективных методов поиска руд и извлечения из них металлов.

«Рудные отложения занимают только крошечные доли процента поверхности Земли. Тем не менее с экономической точки зрения они невероятно важны. Современное общество не может существовать без специализированных металлов и сплавов, -- говорит Дуг Рамбл. -- Но найдете ли вы их в данном конкретном месте или вас ожидает неудача, зависит от множества разных геологических условий».

Статья геохимиков опубликована в журнале Science.