Фосфор — один из ключевых элементов, необходимых для возникновения и поддержания жизни.

Остров Диско расположен в северной части Канадского щита на геологической платформе, что говорит о его материковом происхождении. Образоваться он мог путём отделения от острова Гренландия вследствие геологического движения или схода ледника во время последнего ледникового периода. Бо`льшая часть острова состоит из высоких, крутых базальтовых скал, образовавшихся в результате вулканической активности 25—65 млн лет назад. Как и основная часть Гренландии, Диско примерно наполовину покрыт ледником. Южная часть этого ледяного покрова — ледник Лингмарксбраин (Lyngmarksbraeen), наибольший по площади на острове. Фото: Makemake/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0.

Одна из основных моделей предполагает, что источником пребиотического фосфора могли быть фосфиды, которые содержат этот элемент в отрицательной степени окисления и легко окисляются до химически активных соединений. Но фосфиды почти не встречаются на Земле, так как образуются в резко восстановительных условиях. Поэтому на сегодняшний день преобладает мнение, что источником фосфора «для жизни» были метеориты.

Тщательные исследования вулканических пород острова Диско у западного побережья Гренландии, выполненные сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета и Удмуртского федерального исследовательского центра, дали основания думать, что не только метеориты, но и некоторые вулканические породы могли стать источником пребиотического фосфора.

Остров Диско — уникальный наземный объект, образовавшийся в результате восстановления базальтовой лавы в верхней части земной коры углеводородами. В его породах минералоги обнаружили целый комплекс фосфорсодержащих минералов в ассоциации с самородным железом. При этом среди них есть различные фосфиды, обычно характерные для метеоритов, — шрейберзит Fe₃P, никельфосфид Ni₃P, баррингерит Fe₂P. По мнению исследователей, не только фосфиды, но и самородное железо с примесями фосфора могли быть источником пребиотической формы этого элемента.

Разнообразие наблюдаемых форм фосфора, как предполагают минералоги, можно объяснить резкими изменениями окислительно-восстановительных условий при подповерхностной кристаллизации (плавлении и восстановлении) железофосфидсодержащей лавы. А реакционноспособный доступный фосфор в условиях ранней Земли мог образоваться из неглубоких пород земной коры при их восстановлении в подземных условиях сильными восстановителями — углеводородами, метаном или водородом. Принято считать, что мантия Земли была окислена до современного уровня со времён архейского периода (4031—2500 млн лет назад), поэтому образование самородных железосодержащих вулканитов, скорее всего, произошло в катархее (4567—4031 млн лет назад). Высоковосстанавливающие условия, необходимые для образования самородного железа, могли быть достигнуты при ударах метеоритов, в результате которых может образовываться большое количество «органических» молекул (например, C₂H_n/HCN). Этот изобилующий углеводородами слой впоследствии, возможно, действовал как сильный восстановитель и привёл к образованию богатого фосфором самородного железа и многочисленных фосфорсодержащих соединений в отрицательной степени окисления.

Подобное тщательное изучение вулканических пород острова Диско, выполненное впервые, выявило серию редких и необычных минералов (в том числе самородную медь, кубанит, кобальтпентландит и никельфосфид, которые ранее на Диско не встречались), помогло установить закономерности их формирования и сделать предположения о путях возникновения первых органических молекул.

В дальнейшем минералоги СПбГУ планируют изучить другие объекты с самородным железом, уделив особое внимание редким и необычным минералам. Так, в ближайших планах — исследование знаменитых месторождений самородного железа из Сибири.

Результаты работы опубликованы в журнале «Geoscience Frontiers».

№8, 2024