Bolygónk egy összetett rendszer, amely több mint 4,5 milliárd éve dinamikusan fejlődik. Ennek a rendszernek minden összetevője (a Föld szilárd teste, hidroszféra, légkör, bioszféra), egymással kölcsönhatásban, folyamatosan változott, összetett, néha nem nyilvánvaló kapcsolatban. A modern Föld ennek a hosszú fejlődésnek a köztes eredménye.
A Föld rendszerének egyik legfontosabb összetevője – a légkör, amely közvetlenül érintkezik a litoszférával, a vízhéjjal, a bioszférával és a napsugárzással. Bolygónk fejlődésének egyes szakaszaiban a légkör nagyon jelentős változásokon ment keresztül, amelyek messzemenő következményekkel jártak. Az egyik ilyen globális változást oxigénkatasztrófának nevezik. Ennek az eseménynek a jelentősége a Föld történetében rendkívül nagy. Végül is vele volt összefüggésben az élet további fejlődése a bolygón.
Mi az oxigénkatasztrófa
A kifejezés a 20. század második felének elején keletkezett, amikor a prekambriumi ülepedési folyamatok tanulmányozása alapjánkövetkeztetés az oxigéntartalom ugrásszerű növekedéséről a jelenlegi mennyiség 1%-áig (Pasteur-pontok). Ennek eredményeként a légkör folyamatosan oxidáló jelleget öltött. Ez pedig olyan életformák kialakulásához vezetett, amelyek az enzimatikus fermentáció (glikolízis) helyett sokkal hatékonyabb oxigénlégzést alkalmaznak.
A modern kutatások jelentős finomításokat végeztek a korábban létező elméleten, kimutatva, hogy a Föld oxigéntartalma az archean-proterozoos határ előtt és után is jelentősen ingadozott, és általában a légkör története sokkal bonyolultabb, mint korábban gondoltam.
Ősi légkör és a primitív élet tevékenységei
A légkör elsődleges összetétele nem állapítható meg abszolút pontossággal, és nem valószínű, hogy állandó volt abban a korszakban, de egyértelmű, hogy a vulkáni gázokon és a kőzetekkel való kölcsönhatás termékein alapult a föld felszínéről. Lényeges, hogy közöttük nem lehetett oxigén - ez nem vulkáni termék. A korai hangulat tehát helyreállító volt. Szinte minden légköri oxigén biogén eredetű.
A geokémiai és az insolációs viszonyok valószínűleg hozzájárultak a szőnyegek kialakulásához – a prokarióta szervezetek réteges közösségeihez, és ezek egy része már képes volt fotoszintézisre (elsőként anoxigén, például hidrogén-szulfid alapú). Hamarosan, nyilván már az archean első felében, a cianobaktériumok elsajátították a nagy energiájú oxigén fotoszintézist,amely a földi oxigénkatasztrófa elnevezést kapó folyamat tettesévé vált.
Víz, légkör és oxigén az Archeanban
Emlékeznünk kell arra, hogy a primitív tájat elsősorban az jellemezte, hogy a növényhiány miatti intenzív szárazföldi erózió miatt aligha jogos abban a korszakban stabil szárazföld-tenger határról beszélni.. Helyesebb lenne elképzelni, hogy hatalmas területeket gyakran elönt a rendkívül instabil partszakasz, ilyenek voltak a cianobaktériumok létezésének feltételei.
Az általuk kibocsátott oxigén - salakanyagok - bejutott az óceánba, majd a Föld légkörének alsó, majd felső rétegeibe. A vízben oldott fémeket, elsősorban vasat oxidált a légkörben - a benne lévő gázokat. Ezenkívül a szerves anyagok oxidálására fordították. Nem történt oxigén felhalmozódás, csak helyi koncentrációnövekedés következett be.
Oxidáló atmoszféra hosszú ideje kialakult
Jelenleg az archean végének oxigénhulláma a Föld tektonikai rendszerének megváltozásával (a valódi kontinentális kéreg kialakulása és a lemeztektonika kialakulása) és a vulkáni tevékenység természetében bekövetkezett változással függ össze. őket. Ez az üvegházhatás csökkenését és a Huron eljegesedését eredményezte, amely 2,1-2,4 milliárd évig tartott. Az is ismert, hogy az ugrást (kb. 2 milliárd évvel ezelőtt) az oxigéntartalom csökkenése követte, ennek okai máig tisztázatlanok.
Szinte a teljes proterozoikum alatt, egészen 800 millió évvel ezelőttig, az oxigén koncentrációja a légkörben ingadozott, de átlagosan nagyon alacsony maradt, bár már magasabb, mint az archeanban. Feltételezhető, hogy a légkör ilyen instabil összetétele nemcsak a biológiai aktivitással, hanem nagymértékben a tektonikus jelenségekkel és a vulkanizmus rendszerével is összefügg. Elmondhatjuk, hogy a Föld történetében az oxigénkatasztrófa csaknem 2 milliárd évig húzódott – ez nem annyira esemény, mint inkább hosszú, összetett folyamat.
Élet és oxigén
A szabad oxigén megjelenése az óceánban és a légkörben a fotoszintézis melléktermékeként olyan aerob organizmusok kialakulásához vezetett, amelyek képesek asszimilálni és az életben felhasználni ezt a mérgező gázt. Ez részben magyarázza azt a tényt, hogy az oxigén nem halmozódott fel ilyen hosszú ideig: az életformák meglehetősen gyorsan megjelentek, hogy hasznosítsák azt.
Az oxigénkitörés az archean-proterozoikum határán korrelál az úgynevezett Lomagundi-Yatuliai eseménnyel, a szerves körforgáson áthaladó szén izotópos anomáliájával. Lehetséges, hogy ez a megugrás a korai aerob élet felemelkedéséhez vezetett, amint azt a körülbelül 2,1 milliárd évvel ezelőtti Francville-i bióta példázza, amely állítólag magában foglalja a Föld első primitív többsejtű élőlényeit.
Hamarosan, ahogy már említettük, az oxigéntartalom csökkent, majd meglehetősen alacsony értékek körül ingadozott. Talán egy életvillanás, ami megnövekedett oxigénfogyasztást okozott,ami még nagyon kicsi volt, bizonyos szerepet játszott ezen az őszön? A jövőben azonban bizonyos „oxigénzsebek” keletkeztek, ahol az aerob élet meglehetősen kényelmesen létezett, és ismételten megpróbálták „elérni a többsejtű szintet”.
Az oxigénkatasztrófa következményei és jelentősége
Tehát a légkör összetételének globális változásai, mint kiderült, nem voltak katasztrofálisak. Ezek következményei azonban valóban gyökeresen megváltoztatták bolygónkat.
Olyan életformák jelentek meg, amelyek élettevékenységüket a rendkívül hatékony oxigénlégzésre építik, ami megteremtette a bioszféra későbbi minőségi szövődményeinek előfeltételeit. A Föld légkörének ózonrétegének kialakulása nélkül viszont ez nem sikerült volna – ez a szabad oxigén megjelenésének újabb következménye.
Ezenkívül sok anaerob organizmus nem tudott alkalmazkodni ehhez az agresszív gázhoz az élőhelyén, és kih alt, míg mások kénytelenek voltak az oxigénmentes "zsebekben" élni. A szovjet és orosz tudós, G. A. Zavarzin mikrobiológus képletes megnyilvánulása szerint az oxigénkatasztrófa következtében a bioszféra „kifelé fordult”. Ennek következménye volt a második nagy oxigénesemény a proterozoikum végén, amely a többsejtű élet végső kialakulását eredményezte.
