Что такое кислородная революция
Кислородная катастрофа, или кислородная революция в истории Земли
Бескислородная атмосфера
С возникновение Земли первая комбинация газов была очень негостеприимной для большинства форм жизни. Хотя существует множество теорий, таких как “Теория первичного бульона”, “Теория гидротермальных источников” и “Гипотеза панспермии” о том, как началась жизнь на Земле, и они объясняют, что первым организмам, населявшим Землю, не нужен был кислород для существования, поскольку его еще не было в атмосфере. Большинство ученых согласны с тем, что строительные блоки жизни не смогли бы образоваться, если бы в то время в атмосфере присутствовал кислород.
Углекислый газ
Однако растения и другие автотрофные организмы смогли процветать в атмосфере, заполненной углекислым газом. Двуокись углерода является одним из основных реагентов, необходимых для проведения фотосинтеза. С углекислым газом и водой автотрофы могли производить углеводы для получения энергии и выделять кислорода в качестве побочного продукта. После того, как многие растения эволюционировали на Земле, в атмосфере появился свободный кислород.
Предполагается, что ни одно живое существо на Земле в то время не использовало кислород. Фактически, изобилие кислорода было токсичным для некоторых автотрофов, и они вымерли.
Ультрафиолет
Несмотря на то, что кислородный газ не мог использоваться непосредственно живыми существами, кислород не был вредным для организмов, живущих в то время.
Кислородный газ поднимался к вершине атмосферы, где он подвергался воздействию ультрафиолетовых (УФ) солнечных лучей. Это УФ-излучение разделило молекулы двухатомного кислорода и помогло создать озон, который состоит из трех атомов кислорода, ковалентно связанных друг с другом. Озоновый слой помог блокировать некоторые УФ-лучи от поверхности Земли. Это создало более безопасные условия для жизни организмов на суше. До образования озонового слоя жизнь находилась в океанах, где была защищена от суровой жары и радиации.
Первые потребители
С появлением защитного озонового слоя, многие гетеротрофы смогли развиваться. Первыми потребителями стали простые травоядные животные, которые могли питаться растениями, выжившими в атмосфере, насыщенной кислородом. Поскольку на этих ранних стадиях колонизации суши кислород был в больших количествах, многие из предков известных нам сегодня животных, выросли до огромных размеров. Имеются данные о том, что некоторые виды насекомых были больше, чем современные виды крупных птиц.
Поскольку появилось больше источников пищи, начали развиваться потребители других уровней пищевой цепи. Эти гетеротрофы выделяли углекислый газ в качестве побочного продукта их клеточного дыхания.
Развитие автотрофов и гетеротрофов позволили сохранить уровни кислорода и углекислого газа в атмосфере устойчивыми. Этот процесс продолжается и сегодня.
Кислородная катастрофа: событие, запустившее эволюцию жизни на Земле
В ранних океанах и даже в атмосфере молодой Земли не было свободного кислорода, хотя за счет фотосинтеза цианобактерии и продуцировали его как побочный продукт метаболизма. Свободный кислород не вступает во взаимодействие с другими распространенными на планете элементами, такими как азот или углерод, а вот человеку он жизненно необходим. Ученые подсчитали, что небольшие «карманы» свободного кислорода начали появляться на Земле примерно три миллиарда лет назад, а около 2,4 миллиардов лет назад уровень кислорода в атмосфере резко увеличился: за 200 миллионов лет кислорода стало больше в 10 000 раз! Это событие исследователи окрестили Кислородной катастрофой (Great Oxidation Event, букв. Великое окисление) и именно оно полностью изменило характер поверхностных химических реакций Земли.
Кислородная революция: преобразившаяся Земля
Геолог из Университета Британской Колумбии Мэттис Смит (Matthijs Smit) и его коллега, профессор Клаус Мезгер (Klaus Mezger) из Университета Берна, посвятили новую работу исследованию этого феномена. Зная, что Кислородная катастрофа также трансформировала и породы, из которых состоят континенты, ученые начали изучать результаты геохимического анализа вулканической активности по всему миру, что в конечном итоге позволило им отобрать 48 000 образцов, возраст которых исчисляется миллиардами лет.
В своем пресс-релизе Смит отмечает, что с того момента, как в океане начал появляться свободный кислород, в составе континентов произошли ошеломляющие изменения. Горные породы на территории современной Исландии и Фарерских островов по составу примерно похожи на те, что были на молодой Земле до Кислородной катастрофы: они богаты магнием, а вот содержание кремнезема в них довольно низкое. Породы прошлого содержали минеральный оливин, который инициировал кислородные химические реакции при контакте с водой. По мере того, как континентальная кора развивалась и увеличивалась в размерах, оливин практически исчез, а с ним прекратились и реакции. Кислород начал накапливаться в океанах, а когда вода насытилась им, то газ стал уходить и в атмосферу.
Ученые выяснили, как Луна ускорила развитие жизни на Земле
Повышение уровня кислорода в начале земной истории послужило основным фактором, открывшим путь к впечатляющему разнообразию живых существ. На протяжении многих десятилетий биологи и геологи пытаются выяснить, каким именно образом протекал этот процесс длительностью почти 2 млрд лет, почему он был не постепенным, а ступенчатым.
Теперь международная исследовательская группа, руководимая немецкими учеными Джудит Клатт из германского Института морской микробиологии Общества Макса Планка — бывшим постдоком из Мичиганского университета в США — и Арджун Ченну из Центра тропических морских исследований имени Лейбница, изучила связь между скоростью вращения нашей планеты вокруг своей оси, определяющей продолжительность светового дня, и производством дополнительного кислорода цианобактериальными матами, ответственными за формирование кислородной атмосферы на древней Земле. Статья об этом опубликована в журнале Nature Geoscience.
Подобные цианобактериальные маты, покрывающие дно неглубокой, освещаемой солнцем затопленной котловины на озере Гурон на границе США и Канады, позволили прийти к удивительному выводу: по мере замедления вращения Земли фотосинтез становился все более эффективным.
4 млрд лет назад, когда жизнь только зарождалась, Земля выглядела совершенно иначе. Ее покрывали обширные моря, где на мелководьях обитали исключительно одноклеточные анаэробные микроорганизмы — не нуждавшиеся в кислороде. В основном это были предки цианобактерий, которые могли образовывать протяженные маты на скальных поверхностях. Раньше их еще называли сине-зелеными водорослями. В современных условиях эти «водоросли» имеют скверную репутацию: так называемое цветение водорослей грозит бедой, оно смертельно опасно для рыб и других водных организмов.
Цианобактерии одними из первых освоили фотосинтез, что позволило им получать из углекислого газа и воды сахар для питания и «лишний» кислород. Уже давно установлено, что именно эти микробы и обеспечили Землю первоначальным запасом кислорода, на протяжении ряда геологических эпох создав среду, благоприятную для развитию аэробной — нуждающейся в кислороде — жизни во всех ее формах. Однако биологи все еще ломают голову над тем, почему появление первых фотосинтезирующих микроорганизмов, которые согласно изученным окаменелостям датируют примерно 3,5 млрд лет, и насыщение всей атмосферы кислородом отделяет примерно миллиард лет.
Впрочем, еще один кусок складывающегося паззла был известен от астрономов и геофизиков. Путем моделирования взаимодействия Луны с Землей и возникающих при этом атмосферных и океанических приливов, ученые выяснили, что молодая Земля вращалась вокруг своей оси намного быстрее, чем сегодня. Согласно современным данным, 4,5 млрд лет назад день длился всего 6 часов. Опять же моделирование дает, что примерно 2,4 млрд лет назад взаимодействие с Луной замедлило вращение Земли примерно до 21 часа в сутки, а сама Луна при этом стала от нас гораздо дальше. Затем скорость вращения Земли оставалась почти постоянной на протяжении примерно миллиарда лет, пока не нарушился установившийся резонанс. Очередные изменения произошли около 700 млн лет назад, когда вращение планеты замедлилось до текущей скорости и получился знакомый нам 24-часовой день.
В 2016 году биогеохимик Джудит Клатт предположила, что замедление скорости вращения Земли может соответствовать большим скачкам в концентрации атмосферного кислорода. Так, количество кислорода благодаря самым первым фотосинтезирующим цианобактериям первоначально резко прибавилось во время так называемой кислородной катастрофы, или кислородной революции, Великого кислородного события, произошедшего примерно 2,4 млрд лет назад. Очередной скачок пришелся на времена неопротерозойской эры, более миллиарда лет спустя. Финальный скачок содержания кислорода в атмосфере случился во время палеозоя, около 400 млн лет назад. Все это и привело к появлению многоклеточных животных, дышащих кислородом. В наше время концентрация кислорода в атмосфере составляет около 21%.
Клатт изучала микробные маты, растущие на отложениях в котловине, расположенной возле острова Мидл-Айлен на озере Гурон. Там достаточно мелко для того, чтобы цианобактерии на дне получали достаточное количество солнечного света для фотосинтеза. Обедненная кислородом вода и сернистый газ, поднимающийся со дна озера от сероокисляющих бактерий, которые используют серу вместо солнечного света в качестве основного источника энергии, создают бескислородные условия, которые примерно и соответствуют условиям ранней Земли.
Аквалангисты собирали образцы микробных матов, а в лаборатории Клатт отслеживала количество выделяемого ими кислорода при различной продолжительности светового дня, моделируемой с помощью галогенных ламп. Чем дольше эти «коврики» оставались на свету, тем больше газа они в результате выделяли.
Затем Клатт и Арджун Ченну, специалист по математическому моделированию из Центра тропических морских исследований имени Лейбница, создали численную модель, чтобы рассчитать, сколько кислорода древние цианобактерии могли произвести в глобальном масштабе. Когда результаты по цианобактериальным матам и другие данные были загружены в компьютерную программу, удалось выявить то самое ключевое соответствие между увеличением светового для и выработкой кислорода.
Обычно микробные маты «вдыхают» ночью почти столько же кислорода, сколько производят днем. Но когда вращение Земли замедлилось, дополнительные часы дневного света позволили цианобактериальным матам накапливать излишки, выделяя кислород в воду. В результате график концентрации атмосферного кислорода последовал за предполагаемой продолжительностью дня на протяжении разных эпох: оба поднимались ступенчато с длинными плато.
«Повышение уровня кислорода на Земле, несомненно, самое существенное изменение окружающей среды в истории нашей планеты, — говорит Вудвард Фишер, геобиолог из Калифорнийского технологического института. — И это исследование освещает совершенно новую сторону проблемы. Это установление связи между разными явлениями, на которую раньше не обратили внимания».
Эта «элегантная идея» помогает объяснить, почему кислород не накапливался в атмосфере сразу после появления цианобактерий 3,5 млрд лет назад, поясняет Тимоти Лайонс, биогеохимик из Калифорнийского университета в Риверсайде. Поскольку в то время продолжительность дня была еще слишком короткой, у кислорода в цианобактериальных матах не было возможности накапливаться в достаточных количествах, чтобы диффундировать наружу. «Длинный день просто позволяет большему количеству кислорода уходить в вышележащие воды и в конечном итоге в атмосферу», — говорит Лайонс.
«Более короткий день не позволяет большому количеству кислорода улетучиваться из мата, даже если в час вырабатывается такое же количество кислорода», — пояснила сама Клатт в интервью Live Science.
Тем не менее и Лайонс, и другие ученые указывают на то, что увеличению концентрации кислорода в древней атмосфере способствовали, вероятно, и другие факторы. Такими факторами могли стать, например, цианобактерии, свободно плававшие на поверхности воды, а не только прикрепленные к скальным матам. Бенджамин Миллс, специалист по математическому моделированию из Лидсского университета в Великобритании, считает, что выделение древними вулканами соединений, связывающих кислород, вероятно, временами противодействовало раннему накоплению газа, и это тоже следует учитывать при расчетах. Но и изменение продолжительности светового дня «следует рассмотреть более детально», уверен он, обещая добавить это в свои модели.
Кислородная катастрофа, или кислородная революция в истории Земли
Кислородная катастрофа, или кислородная революция в истории Земли
Бескислородная атмосфера
С возникновение Земли первая комбинация газов была очень негостеприимной для большинства форм жизни. Хотя существует множество теорий, таких как «Теория первичного бульона», «Теория гидротермальных источников» и «Гипотеза панспермии» о том, как началась жизнь на Земле, и они объясняют, что первым организмам, населявшим Землю, не нужен был кислород для существования, поскольку его еще не было в атмосфере. Большинство ученых согласны с тем, что строительные блоки жизни не смогли бы образоваться, если бы в то время в атмосфере присутствовал кислород.
Углекислый газ
Однако растения и другие автотрофные организмы смогли процветать в атмосфере, заполненной углекислым газом. Двуокись углерода является одним из основных реагентов, необходимых для проведения фотосинтеза. С углекислым газом и водой автотрофы могли производить углеводы для получения энергии и выделять кислорода в качестве побочного продукта. После того, как многие растения эволюционировали на Земле, в атмосфере появился свободный кислород.
Предполагается, что ни одно живое существо на Земле в то время не использовало кислород. Фактически, изобилие кислорода было токсичным для некоторых автотрофов, и они вымерли.
Ультрафиолет
Несмотря на то, что кислородный газ не мог использоваться непосредственно живыми существами, кислород не был вредным для организмов, живущих в то время.
Кислородный газ поднимался к вершине атмосферы, где он подвергался воздействию ультрафиолетовых (УФ) солнечных лучей. Это УФ-излучение разделило молекулы двухатомного кислорода и помогло создать озон, который состоит из трех атомов кислорода, ковалентно связанных друг с другом. Озоновый слой помог блокировать некоторые УФ-лучи от поверхности Земли. Это создало более безопасные условия для жизни организмов на суше. До образования озонового слоя жизнь находилась в океанах, где была защищена от суровой жары и радиации.
Первые потребители
С появлением защитного озонового слоя, многие гетеротрофы смогли развиваться. Первыми потребителями стали простые травоядные животные, которые могли питаться растениями, выжившими в атмосфере, насыщенной кислородом. Поскольку на этих ранних стадиях колонизации суши кислород был в больших количествах, многие из предков известных нам сегодня животных, выросли до огромных размеров. Имеются данные о том, что некоторые виды насекомых были больше, чем современные виды крупных птиц.
Поскольку появилось больше источников пищи, начали развиваться потребители других уровней пищевой цепи. Эти гетеротрофы выделяли углекислый газ в качестве побочного продукта их клеточного дыхания.
Развитие автотрофов и гетеротрофов позволили сохранить уровни кислорода и углекислого газа в атмосфере устойчивыми. Этот процесс продолжается и сегодня.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Статерийский период (1,8 — 1,6 млрд. лет назад)
От statheros — «стабильный». Стабилизация кратонов и окончательная кратонизация складчатых поясов.
Статерий (1860-1645 млн. лет) — в апогалактии характеризуется мощными тектоно-магматическими событиями
с образованием континентальных рифтов, внедрением расплавов различного состава и метаморфизмом.
Статерий (1800 — 1600 миллиона лет назад) характеризуется появлением новых платформ и окончательной кратонизацией складчатых поясов.
В этом периоде произошла максимальная сборка суперматерика
Нуна
(другие названия — Колумбия, Хадсонленд, а раньше — Мегагея).
Считается, что в течение статерийского периода
сформировались ядерные живые организмы (эукариоты).
Главная
Науки о природе
Биология :
О протерозое |
Палеопротерозой (2,5) |
Мезопротерозой (1,6) |
Неопротерозой (1,0) |
На правах рекламы (см.
условия):
Ключевые слова для поиска сведений об эволюции жизни в палеопротерозойскую эру:
На русском языке: палеопротерозой, палеопротерозойская эра, сидерий, риасий, орозирий, статерий,
эпоха одноклеточных организмов, карелий, афебий, ранний протерозой, нижний протерозойский период,
кислородная катастрофа, самое продолжительное гуронское оледенение,
суперматерик Нун, суперконтинент Колумбия, праконтинент Хадсонленд,
появление первых эукариот, возникновение симбиоза цианобактерий и эубактерий;
На английском языке: Paleoroterozoic.
«Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005.
Страница обновлена 12.03.2019
Критика концепции кислородной катастрофы[ | код]
Все это вместе говорит о том, что «Великое кислородное событие» следует рассматривать как сильно растянутый во времени процесс, продолжительностью не менее 1,5 млрд лет, имевший два выраженных скачка (около 2,5 млрд и 0,8—0,9 млрд лет назад) и как минимум одно падение (около 2,1 млрд лет назад) в содержании атмосферного кислорода. И все эти события являлись, преимущественно, результатом изменений вулканических процессов и геохимических соотношений, а не сдвигов биологической активности и метаболизма.
Интересной особенностью кислородных скачков являются наступавшие вслед за ними глобальные оледенения (Гуронское оледенение и Криогений). Как предполагается, Гуронское оледенение было вызвано снижением содержания метана в атмосфере вследствие уменьшения его выбросов от вулканической деятельности на фоне дополнительного его окисления появившимся в атмосфере кислородом. Наступление же Криогения было вызвано, как предполагается, распадом древнего суперконтинента Родинии, что привело к падению содержания в атмосфере углекислого газа (в ходе распада, по краям разломов, происходили массивные излияния базальта, который химически связывал атмосферный углекислый газ). Вызванное этим снижение концентрации парниковых газов приводило к глобальным охлаждениям Земли различного масштаба и продолжительности.
Ультрафиолет
Несмотря на то, что кислородный газ не мог использоваться непосредственно живыми существами, кислород не был вредным для организмов, живущих в то время.
Кислородный газ поднимался к вершине атмосферы, где он подвергался воздействию ультрафиолетовых (УФ) солнечных лучей. Это УФ-излучение разделило молекулы двухатомного кислорода и помогло создать озон, который состоит из трех атомов кислорода, ковалентно связанных друг с другом. Озоновый слой помог блокировать некоторые УФ-лучи от поверхности Земли. Это создало более безопасные условия для жизни организмов на суше. До образования озонового слоя жизнь находилась в океанах, где была защищена от суровой жары и радиации.
Орозирийский период (2,05 — 1,8 млрд. лет назад)
Орозирий (2075-1860 млн. лет) — от orosira — горный хребет.
Это глобальный орогенный период.
Толеитовый магматизм сопровождается активным газовым делением и рудообразованием (древнейшие «чёрные курильщики»).
Рубеж 1950 млн. лет характеризуется становлением глобальной системы коллизионных орогенов
и образованием раннепротерозойского суперконтинента Пангеи-1.
В Орозирии (2050 — 1800 миллиона лет назад)
Земля испытала два крупнейших из известных
астероидных ударов.
Антарктический метеорит был примерно в 6 раз больше Чиксулубского метеорита, вызвавшего вымирание
динозавров
в конце мелового периода.
Метеорит, создавший такой кратер в Антарктиде, мог вызвать
пермско-триасовое вымирание около 250 млн лет назад.
Вероятно, в течение орозирия атмосфера Земли стала окислительной (богатой кислородом),
благодаря фотосинтезирующей деятельности цианобактерий.
Кислородная катастрофа: событие, запустившее эволюцию жизни на Земле
Недавно ученым удалось отыскать фактор, который, судя по всему, вызвал значительный эволюционный скачок миллиарды лет назад. «Кислородная революция» изменила химический состав поверхности планеты и подготовила ее к появлению более сложных форм жизни.
21 сентября 2017 11:15
В ранних океанах и даже в атмосфере молодой Земли не было свободного кислорода, хотя за счет фотосинтеза цианобактерии и продуцировали его как побочный продукт метаболизма. Свободный кислород не вступает во взаимодействие с другими распространенными на планете элементами, такими как азот или углерод, а вот человеку он жизненно необходим. Ученые подсчитали, что небольшие «карманы» свободного кислорода начали появляться на Земле примерно три миллиарда лет назад, а около 2,4 миллиардов лет назад уровень кислорода в атмосфере резко увеличился: за 200 миллионов лет кислорода стало больше в 10 000 раз! Это событие исследователи окрестили Кислородной катастрофой (Great Oxidation Event, букв. Великое окисление) и именно оно полностью изменило характер поверхностных химических реакций Земли.
Кислородная революция: преобразившаяся Земля
Геолог из Университета Британской Колумбии Мэттис Смит (Matthijs Smit) и его коллега, профессор Клаус Мезгер (Klaus Mezger) из Университета Берна, посвятили новую работу исследованию этого феномена. Зная, что Кислородная катастрофа также трансформировала и породы, из которых состоят континенты, ученые начали изучать результаты геохимического анализа вулканической активности по всему миру, что в конечном итоге позволило им отобрать 48 000 образцов, возраст которых исчисляется миллиардами лет.
В своем пресс-релизе Смит отмечает, что с того момента, как в океане начал появляться свободный кислород, в составе континентов произошли ошеломляющие изменения. Горные породы на территории современной Исландии и Фарерских островов по составу примерно похожи на те, что были на молодой Земле до Кислородной катастрофы: они богаты магнием, а вот содержание кремнезема в них довольно низкое. Породы прошлого содержали минеральный оливин, который инициировал кислородные химические реакции при контакте с водой. По мере того, как континентальная кора развивалась и увеличивалась в размерах, оливин практически исчез, а с ним прекратились и реакции. Кислород начал накапливаться в океанах, а когда вода насытилась им, то газ стал уходить и в атмосферу.
Смит уверен, что именно это и стало отправной точкой для развития жизненных форм такими, какими мы их знаем сегодня. После насыщения кислородом Земля стала не только более пригодной для жизни в целом, но и куда лучше подходящей для развития сложных организмов. Причина изменений континентальной структуры пока остается неизвестной, но ученые отмечают, что тектоника плит началась примерно в этот период, а потому между этими событиями может быть прямая связь.
Значение открытия
Речь не идет об эволюции и абиогенезе — вопросы изначального зарождения жизни на Земле все еще остаются открытыми. Однако кислород — важнейший элемент, обеспечивший существование белковой жизни. Зная, как он изменил Землю, ученые смогут применить тот же принцип в исследовании экзопланет и в будущем выбрать для человечества идеальную планету для заселения: к примеру, уже сейчас астрономы подозревают, что две планеты в системе TRAPPIST-1 покрыты огромными океанами. Зная, как кислород влияет на формирование континентов, можно будет значительно сузить круг поисков и целенаправленно искать максимально подходящий нам новый мир.
Причины кислородной катастрофы
Единственным значимым источником молекулярного кислорода является биосфера, точнее, фотосинтезирующие организмы. Фотосинтез, видимо, появился на заре существования биосферы (3,7—3,8 млрд лет назад), однако архебактерии и большинство групп бактерий практиковали аноксигенный фотосинтез, при котором не вырабатывается кислород. Кислородный фотосинтез возник у цианобактерий 2,7—2,8 млрд лет назад. Выделяющийся кислород практически сразу расходовался на окисление горных пород, растворённых соединений и газов атмосферы. Высокая концентрация создавалась лишь локально в пределах бактериальных матов (т. н. «кислородные карманы»). После того как поверхностные породы и газы атмосферы оказались окисленными, кислород начал накапливаться в атмосфере в свободном виде.
Какой же был источник кислорода на Земле?
Не одно столетие между учеными длятся дебаты о реальном источнике кислорода на Земле. По предварительным данным первую половину жизни планета Земля вообще была без кислорода. Большая часть ученых выдвигает теорию о том, что 2,4 млрд лет назад кислород на Земле был незначительным. Кислородом наша атмосфера наполнялась постепенно.
Его исследования направлены на особые минералы. Эти минералы содержаться именно в образованиях железа, и они вполне могут быть связаны с возникновением жизни древних микробов и их смерти. Минералы железа, которые находятся довольно на дне морей – самый большой источник железной руды. И это не просто материал для изготовления стали. По словам геологов именно в нем скрыта богатая история зарождения жизни на планете Земле.
А происхождение этого источника до сих пор остается большой загадкой. Ученые выяснили, что для его формирования нужна помощь особых микроэлементов, но, правда, пока неизвестно каких именно. Эти морские организмы простые одноклеточные, но к сожалению никакой информации они не оставили после себя. И исследователи не могут теперь узнать, какими именно они были, и что из себя представляли.
Последствия и значение кислородной катастрофы
Итак, глобальные перемены в составе атмосферы не носили, как выяснилось, катастрофического характера. Однако последствия их действительно кардинально изменили нашу планету.
Возникли формы жизни, строящие свою жизнедеятельность на высокоэффективном кислородном дыхании, что создало предпосылки для последующего качественного усложнения биосферы. В свою очередь оно было бы невозможно без формирования озонового слоя атмосферы Земли – еще одного последствия появления в ней свободного кислорода.
Кроме того, многие анаэробные организмы не смогли приспособиться к наличию этого агрессивного газа в среде их обитания и вымерли, прочие же вынуждены были ограничиться существованием в бескислородных «карманах». По образному выражению советского и российского ученого, микробиолога Г. А. Заварзина, биосфера в результате кислородной катастрофы «вывернулась наизнанку». Следствием этого стало второе великое кислородное событие в конце протерозоя, имевшее итогом окончательное становление многоклеточной жизни.
Последствия кислородной катастрофы[править | править код]
Биосфераправить | править код
Поскольку подавляющая часть организмов того времени была анаэробной, неспособной существовать при значимых концентрациях кислорода, произошла глобальная смена сообществ: анаэробные сообщества сменились аэробными, ограниченными ранее лишь «кислородными карманами»; анаэробные же сообщества, наоборот, оказались оттеснены в «анаэробные карманы» (образно говоря, «биосфера вывернулась наизнанку»). В дальнейшем наличие молекулярного кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана, существенно расширившего границы биосферы, и привело к распространению более энергетически выгодного (по сравнению с анаэробным) кислородного дыхания.
Атмосфераправить | править код
В результате изменения химического состава атмосферы после кислородной катастрофы изменилась её химическая активность, сформировался озоновый слой, резко уменьшился парниковый эффект. Как следствие, планета вступила в эпоху Гуронского оледенения.
Древнейшая атмосфера и деятельность примитивной жизни
Первичный состав атмосферы нельзя установить с абсолютной точностью, да и вряд ли он был в ту эпоху постоянным, однако ясно, что основу его составляли вулканические газы и продукты их взаимодействия с породами земной поверхности. Существенно то обстоятельство, что среди них не могло быть кислорода – он не является вулканическим продуктом. Ранняя атмосфера, таким образом, была восстановительной. Практически весь кислород атмосферы имеет биогенное происхождение.
Геохимическая и инсоляционная обстановки, вероятно, способствовали формированию матов – слойчатых сообществ прокариотных организмов, причем некоторые из них уже могли осуществлять фотосинтез (сначала аноксигенный, например, на основе сероводорода). Довольно скоро, по-видимому, уже в первой половине архея, цианобактерии освоили высокоэнергетический кислородный фотосинтез, который и стал виновником процесса, получившего наименование кислородной катастрофы на Земле.
Вам будет интересно:Иркутский острог: история постройки, основатель, фото
Сидерийский период (2,5 — 2,3 млрд. лет назад)
От sideros. Обилие железистых кварцитов.
Сидерий (2505-2290 млн. лёт) — характеризуется, по Е.Е.Милановскому, заложением в апогалактии палеорифтовых зон
в коре гетерогенных протоплатформ в виде линейных грабенообразных прогибов.
Сидерийский палеоклимат и оледенение
В Сидерии (2500 — 2300 миллиона лет назад) было самое продолжительное в истории Земли
Гуронское оледенение,
длившееся, по одним оценкам 2,4-2,1, по другим — 2,5-1,95 миллиард лет назад.
Т.е., оно продолжалось весь сидерийский и последующий риасийский период (почти полмиллиарда лет!).
Следующим по крутости было только полное обледенение в криогении —
пусть продолжавшееся всего 200 миллиона лет (а по другим оценкам — более 400 млн. лет),
но покрывшее Земной шар от макушки до макушки с небольшими прогалинами.
Кислородный переворот в сидерии
В 50-х годах XX века стали накапливаться данные о раннепротерозойском кислородном скачке — Кислородной катастрофе,
или «Великом кислородном событим» (Great Oxigenation Event).
Геохимические данные говорили о том, что ранняя атмосфера планеты была восстановительной, а затем 2,6–2,2 млрд лет назад
атмосфера и океан постепенно стали наращивать свободный кислород за счёт жизнедеятельности фотосинтетиков.
Проверка и уточнение этой гипотезы заняли следующие четыре десятка лет. Она получилась сложнее и интереснее.
Фотосинтетические организмы, выделяющие кислород, зародились на заре архейской жизни,
но свободный кислород на рубеже архея и протерозоя появился благодаря изменениям характера земного вулканизма.
90% своей жизни планета имела практически бескислородную гидросферу и атмосферу, при этом в протерозое
содержание кислорода оказывается намного меньшим предполагаемого прежде, и очень непостоянным.
Примерно 2,45 млрд лет назад, когда за короткое с точки зрения истории Земли время (несколько миллионов лет)
концентрация кислорода в атмосфере выросла примерно в тысячу раз, это называют «Великим кислородным событием» или кислородной катастрофой.
Начиная с раннего протерозоя в атмосфере и океане Земли окончательно установился кислородный режим.
Однако имеются многочисленные свидетельства того, что еще в конце архея, за 50–100 млн лет до кислородной катастрофы
на шельфе океана появлялись локальные участки с кислородной средой.
Ученые не раз фиксировали в породах архейского возраста всплески концентрации кислорода, которым дали имя
«аномальные эпизоды оксигенации» (anomalous oxygenation episode), или «кислородные дуновения» (whiff of oxygen).
Судя по всему, аномальные зоны оксигенации (насыщение водной толщи кислородом) возникали в замкнутых мелководных водоемах
или на отдельных участках шельфа, где временно устанавливались условия насыщения кислородом.
Это был как бы переходный период, «битва» между двумя геохимическими режимами — прежним бескислородным и новым кислородным.
И, прежде чем 2,45 млрд лет назад окончательно победил последний, инициатива несколько раз «переходила из рук в руки».