Mūsų planeta yra sudėtinga sistema, kuri dinamiškai vystosi daugiau nei 4,5 milijardo metų. Visi šios sistemos komponentai (kietasis Žemės kūnas, hidrosfera, atmosfera, biosfera), sąveikaudami vienas su kitu, nuolat keitėsi sudėtingu, kartais neakivaizdžiu ryšiu. Šiuolaikinė Žemė yra tarpinis šios ilgos evoliucijos rezultatas.
Vienas iš svarbiausių sistemos, kuria yra Žemė, komponentų – atmosfera, kuri tiesiogiai liečiasi su litosfera ir vandens apvalkalu, ir su biosfera, ir su saulės spinduliuote. Kai kuriais mūsų planetos vystymosi etapais atmosfera patyrė labai didelių pokyčių, turinčių didelių pasekmių. Vienas iš tokių globalių pokyčių vadinamas deguonies katastrofa. Šio įvykio reikšmė Žemės istorijoje išskirtinai didelė. Juk būtent su juo buvo susijęs tolesnis gyvybės vystymasis planetoje.
Kas yra deguonies katastrofa
Šis terminas atsirado XX amžiaus antrosios pusės pradžioje, kai, remiantis Prekambro sedimentacijos procesų tyrimu,išvada apie staigų deguonies kiekio padidėjimą iki 1% jo esamo kiekio (Pastero taškai). Dėl to atmosfera įgavo nuolatinį oksidacinį pobūdį. Tai savo ruožtu lėmė gyvybės formų, kurios naudoja daug efektyvesnį deguonies kvėpavimą, o ne fermentinę fermentaciją (glikolizę), vystymąsi.
Šiuolaikiniai tyrimai gerokai patobulino anksčiau egzistavusią teoriją, rodydami, kad deguonies kiekis Žemėje tiek prieš, tiek po archeano ir proterozojaus ribos svyravo, o apskritai atmosferos istorija yra daug sudėtingesnė nei anksčiau. pagalvojau.
Senovinė atmosfera ir primityvaus gyvenimo veikla
Pirminės atmosferos sudėties absoliučiai tiksliai nustatyti neįmanoma, ir mažai tikėtina, kad ji buvo pastovi toje eroje, tačiau aišku, kad ji buvo pagrįsta vulkaninėmis dujomis ir jų sąveikos su uolienomis produktais. žemės paviršiaus. Svarbu tai, kad tarp jų negalėjo būti deguonies – tai nėra vulkaninis produktas. Taigi ankstyvoji atmosfera buvo atkurianti. Beveik visas atmosferos deguonis yra biogeninės kilmės.
Geocheminės ir insoliacinės sąlygos tikriausiai prisidėjo prie kilimėlių – sluoksniuotų prokariotinių organizmų bendrijų susidarymo, o kai kurios iš jų jau galėjo vykdyti fotosintezę (pirmiausia anoksigeninė, pavyzdžiui, vandenilio sulfido pagrindu). Gana greitai, matyt, jau pirmoje Archeano pusėje cianobakterijos įvaldė didelės energijos deguonies fotosintezę,kuris tapo proceso, kuris gavo deguonies katastrofos Žemėje pavadinimą, k altininku.
Vanduo, atmosfera ir deguonis Archeane
Reikia atsiminti, kad primityvus kraštovaizdis pirmiausia išsiskyrė tuo, kad vargu ar būtų teisėta kalbėti apie stabilią to laikmečio sausumos ir jūros ribą dėl intensyvios žemės erozijos dėl augalų trūkumo.. Būtų teisingiau įsivaizduoti, kad didžiulės teritorijos dažnai užtvindytos labai nestabilia pakrantės linija, nes tokios sąlygos buvo melsvadumblių atsiradimui.
Jų išskiriamas deguonis – atliekos – pateko į vandenyną ir į apatinius, o paskui į viršutinius Žemės atmosferos sluoksnius. Vandenyje jis oksidavo atmosferoje ištirpusius metalus, pirmiausia geležį – dujas, kurios buvo jo dalis. Be to, jis buvo išleistas organinių medžiagų oksidacijai. Deguonis nesikaupė, tik vietiškai padidėjo jo koncentracija.
Ilgas oksiduojančios atmosferos kūrimas
Šiuo metu Archeano pabaigos deguonies antplūdis yra susijęs su Žemės tektoninio režimo pokyčiais (tikrosios žemyninės plutos formavimusi ir plokščių tektonikos formavimu) bei vulkaninio aktyvumo pobūdžio pasikeitimu, kurį sukelia juos. Dėl to sumažėjo šiltnamio efektas ir užsitęsė Hurono apledėjimas, kuris truko nuo 2,1 iki 2,4 milijardo metų. Taip pat žinoma, kad po šuolio (maždaug prieš 2 milijardus metų) sumažėjo deguonies kiekis, kurio priežastys vis dar neaiškios.
Beveik per visą proterozojaus laikotarpį, iki 800 milijonų metų, deguonies koncentracija atmosferoje svyravo, tačiau vidutiniškai išliko labai žema, nors jau didesnė nei Archeano. Daroma prielaida, kad tokia nestabili atmosferos sudėtis yra susijusi ne tik su biologiniu aktyvumu, bet ir didele dalimi su tektoniniais reiškiniais bei vulkanizmo režimu. Galima sakyti, kad deguonies katastrofa Žemės istorijoje tęsėsi beveik 2 milijardus metų – tai buvo ne tiek įvykis, kiek ilgas sudėtingas procesas.
Gyvybė ir deguonis
Lasvo deguonies atsiradimas vandenyne ir atmosferoje kaip šalutinis fotosintezės produktas paskatino aerobinių organizmų, galinčių pasisavinti ir panaudoti šias toksiškas dujas gyvenime, vystymąsi. Tai iš dalies paaiškina faktą, kad deguonis nesikaupė tokį ilgą laikotarpį: gyvybės formos pasirodė gana greitai, kad jį panaudotų.
Deguonies sprogimas ties Archeano ir Proterozojaus ribos koreliuoja su vadinamuoju Lomagundi ir Yatulian įvykiu – anglies, perėjusios per organinį ciklą, izotopų anomalija. Gali būti, kad šis antplūdis paskatino ankstyvosios aerobinės gyvybės atsiradimą, kaip rodo Frankvilio biota, datuojama maždaug prieš 2,1 milijardo metų, kuri apima tariamai pirmuosius primityvius daugialąsčius organizmus Žemėje.
Netrukus, kaip jau buvo minėta, deguonies kiekis sumažėjo, o vėliau svyravo apie gana mažas vertes. Galbūt gyvenimo pliūpsnis, dėl kurio padidėjo deguonies suvartojimas,kuri dar buvo labai maža, suvaidino tam tikrą vaidmenį šį rudenį? Tačiau ateityje turėjo atsirasti tam tikros „deguonies kišenės“, kuriose aerobinis gyvenimas egzistavo gana patogiai ir kartojo bandymus „pasiekti daugialąsčių ląstelių lygį“.
Deguonies katastrofos pasekmės ir reikšmė
Taigi, pasauliniai atmosferos sudėties pokyčiai, kaip paaiškėjo, nebuvo katastrofiški. Tačiau jų pasekmės tikrai radikaliai pakeitė mūsų planetą.
Atsirado gyvybės formų, kurios savo gyvybinę veiklą remia labai efektyviu deguonies kvėpavimu, o tai sudarė prielaidas vėlesnei kokybinei biosferos komplikacijai. Savo ruožtu tai nebūtų buvę įmanoma be Žemės atmosferos ozono sluoksnio susidarymo – dar viena laisvo deguonies atsiradimo joje pasekmė.
Be to, daugelis anaerobinių organizmų negalėjo prisitaikyti prie šių agresyvių dujų buvimo savo buveinėje ir išmirė, o kiti buvo priversti apsiriboti buvimu „kišenėse be deguonies“. Sovietų ir rusų mokslininko, mikrobiologo G. A. Zavarzino perkeltine išraiška, biosfera „apvirto“dėl deguonies katastrofos. To pasekmė buvo antrasis didelis deguonies įvykis proterozojaus pabaigoje, dėl kurio galiausiai susiformavo daugialąstelė gyvybė.
