В результате чего бескислородная восстановительная атмосфера сменилась на богатую кислородом ответ

Глава XV. Две атмосферы: бескислородная и кислородная (доактуалистическая и актуалистическая)

1. Первичная бескислородная и современная кислородная атмосфера

Из предыдущих глав мы узнали, что, по мнению биологов, существование примитивной бескислородной атмосферы было непременным условием возникновения жизни. Более того, данные астрономии также свидетельствуют о том, что древняя атмосфера Земли имела восстановительный характер. Наконец, из гл. XIII мы узнали, что и геологические данные указывают на существование в прошлом бескислородной атмосферы.

В данной главе мы несколько подробнее познакомимся со свойствами обеих атмосфер. Я счел полезным перечислить вновь основные сведения о них в начале этой главы. Нужно еще раз подчеркнуть, что первичная атмосфера сильно отличалась от современной. Во многих отношениях они так же различны, как день и ночь. Многое из того, что было возможно тогда, невозможно теперь, и наоборот.

Как уже говорилось, этот контраст между двумя атмосферами подчеркивался всеми учеными, настаивающими на естественном происхождении жизни. Но в своих работах эти ученые часто недостаточно строго употребляют термины, так что резкая грань между двумя атмосферами смазывается. При описании процессов., протекающих в условиях бескислородной атмосферы, часто употреблялись термины, имеющие смысл только для современных условий. В гл. VIII мы видели, что термины «аэробный» и «анаэробный» в применении к первичной атмосфере означают часто «кислородный» и «бескислородный». В той же главе говорилось и о важности того факта, что некоторые вещества под действием ультрафиолета разлагаются и, таким образом, нуждаются в защите от него.

Источник

Изменения содержания кислорода в атмосфере и эволюция. Зарождение жизни произошло в бескислородной среде

Вообще всегда предпочтительнее искать объяснения событиям, происходящим на Земле, не прибегая к таким гипотезам, которые постулируют универсальное влияние каких-то космических факторов, никак не опосредованное конкретными земными условиями.

В этом отношении от других концепций выгодно отличается гипотеза, выдвинутая в 60-е гг. Л.Беркнером и Л.Маршаллом, объясняющая многие важнейшие события в ходе докембрийской и послекембрийской эволюции, а также на рубеже криптозоя и фанерозоя, опираясь на закономерные изменения условий в среде обитания древних организмов. Эта гипотеза связывает развитие жизни на Земле с изменениями содержания кислорода в земной атмосфере.

В современной атмосфере Земли содержится около 21% кислорода (это соответствует его парциальному давлению 159 мм ртутного столба). Свободный кислород атмосферы необходим подавляющему большинству современных организмов как окислитель в процессах дыхания. Водные организмы обычно дышат кислородом, растворенным в воде, но этот последний образует с атмосферным кислородом единую систему: избыток кислорода, выделяющегося в воде в результате фотосинтеза водных растений, Поступает в атмосферу, а кислород атмосферы растворяется в поверхностном слое воды, по тем или другим причинам обедненной растворенным кислородом.

Первичная атмосфера Земли, существовавшая во времена зарождения жизни, 3,5-4 млрд лет назад, имела восстановительный характер и состояла, вероятно, из водорода, азота, паров воды, углекислого газа, аммиака, метана, аргона и небольших количеств других газов, в том числе и кислорода. Количество свободного кислорода в первичной атмосфере не могло превышать 0,001 от современного его содержания. Это небольшое количество кислорода выделялось в результате фотодиссоциации воды ультрафиолетовыми лучами; кислород быстро входил в различные химические реакции и вновь оказывался в химически связанном состоянии.

Зарождение жизни произошло в бескислородной среде, и кислород из-за своей высокой окислительной способности первоначально был ядовит для протоорганизмов, у которых отсутствовали соответствующие защитные биохимические системы. Вероятно, протоорганизмы по способу питания являлись гетеротрофами, использовавшими в пищу различные органические соединения абиогенного происхождения, которыми, по мнению большинства ученых, были обогащены водоемы раннего археозоя (состояние «первичного бульона», по А.И.Опарину) и на базе которых и возникла сама жизнь.

Для освобождения энергии, необходимой в жизненных процессах, первоначально использовалась анаэробная диссимиляция (брожение):

С появлением фотосинтеза (первыми фотосинтезируюшими организмами были синезеленые водоросли) в атмосферу стал выделяться кислород.

Однако фотосинтез, осуществлявшийся в океане планеты синезелеными, а позднее и различными группами эукариотических водорослей, в течение 2 млрд лет медленно, но неуклонно повышал содержание свободного кислорода в атмосфере. Когда содержание кислорода достигло 0,01 от современного (так называемая точка Пастера, соответствующая парциальному давлению кислорода 1,59 мм ртутного столба), у организмов впервые появилась возможность использовать для удовлетворения своих энергетических потребностей аэробную диссимиляцию. Другими словами, после достижения точки Пастера стало возможно дыхание, которое почти в 14 раз энергетически эффективнее, чем брожение:

Но достижение пастеровской точки в развитии атмосферы Земли Знаменовалось не только появлением возможности аэробной Диссимиляции. При содержании кислорода в атмосфере в количестве 0,01 от современного формируется озоновый экран, который может защитить от жесткой ультрафиолетовой радиации уже и верхние слои воды в водоемах (требуется «помощь» лишь примерно 1 м воды). Это, во-первых, позволяет организмам освоить верхние слои водоемов, наиболее богатые солнечной энергией; в результате резко усиливается эффективность фотосинтеза, увеличивается биопродукция и выделение свободного кислорода. Во-вторых, чрезвычайно расширяется арена жизни: условия в водоемах значительно разнообразнее на малых глубинах, чем на больших. Освоение этого разнообразия условий в богатой энергией среде обитания неминуемо должно было привести к резкому повышению разнообразия форм жизни, к подлинному взрыву формообразования.

После достижения содержания кислорода в атмосфере, равного 0,1 от современного, озоновый экран уже в состоянии полностью защитить организмы от действия жесткой ультрафиолетовой радиации. С этого момента организмы могут начать освоение суши как среды обитания. По расчетам Беркнера и Маршалла, это должно было произойти в конце ордовика (около 420 млн лет назад). Действительно, примерно к этому времени относится появление первых наземных организмов (см. гл. 2). (По мнению ряда других ученых, содержание кислорода в атмосфере соответствующее 10% от современного, было достигнуто уже к началу кембрия, примерно 580 млн лет назад).

Современное содержание кислорода в атмосфере было достигнуто в конце пермского периода.

Гипотеза Беркнера и Маршалла привлекательна не только своей логичностью и последовательностью, но и перспективностью дальнейшего развития этих идей. Как мы уже упоминали, на рубеже нижнего кембрия у самых различных групп организмов развивается твердый скелет, облегчающий их фоссилизацию. Формирование скелета может быть также непосредственным следствием повышения содержания кислорода в атмосфере. Как показали Р. и Е. Раффы, при низком содержании кислорода в окружающей среде размеры тела многоклеточных животных не могли быть большими (вследствие низкого уровня метаболизма и энергетики организмов); газообмен с внешней средой, вероятно, осуществлялся диффузно, через поверхность тела; при этом толщина стенок тела не могла превышать нескольких миллиметров. Для таких организмов не возникало необходимости в опорном внутреннем скелете, а защитные наружные скелетные образования препятствовали бы газообмену.

К.Тоув пришел к выводу, что у докембрийских животных в условиях малого содержания кислорода в окружающей среде не могло быть также хорошо развитых соединительнотканных образований, формирующих основу для развития скелета. Прочность соединительнотканных структур основывается на содержании в них белка коллагена, в состав которого входит аминокислота оксипролин. Ее образование возможно только при достаточно высоком содержании кислорода в окружающей среде. Следовательно, при низком содержании кислорода синтез коллагена был биохимически затруднен, и организмы не могли иметь прочных соединительнотканных структур, а поэтому и скелета, и сильно развитой мышечной системы (работа которой эффективна лишь при наличии соответствующих опорных образований).

Д. Роудс и Дж. Морзе исследовали распространение различных животных в современных водоемах с пониженным содержанием кислорода в воде (в Калифорнийском заливе и в Черном море). Была обнаружена отчетливая корреляция между содержанием кислорода в воде и характером донной фауны (бентоса). При содержании кислорода менее 0,1 мл на 1 л воды многоклеточные животные в составе бентоса отсутствуют; при 0,3-1 мл/л встречаются небольшие мягкотелые (бесскелетные) животные, зарывающиеся в ил; наконец, в более поверхностных слоях с содержанием кислорода более 1 мл/л обитают самые разнообразные животные, обладающие известковым скелетом. Эти данные представляют своего рода живую иллюстрацию к концепции Беркнера и Маршалла.

Подведем некоторые итоги. Обособление большинства типов животных произошло, вероятно, в позднем протерозое, 550-800 млн лет назад. Примитивные представители всех групп многоклеточных были небольшими лишенными скелета животными. Продолжавшееся накопление кислорода в атмосфере и увеличение мощности озонового экрана к концу протерозоя позволили животным Увеличить размеры тела. Организмы получили возможность широко расселиться на малых глубинах различных водоемов, что способствовало значительному повышению разнообразия форм животных (вендская фауна).

Однако в позднем венде эта древняя фауна многоклеточных Животных подверглась значительному вымиранию, которое сопровождалось новым существенным уменьшением размеров тела организмов, переживших вымирание. Возможно, этому способствовало чрезвычайно мощное оледенение (по некоторым данным, среднегодовая температура Земли понижалась в это время примерно до 5°С). К концу венда ледники отступили, и условия вновь стали благоприятными для широкого расселения организмов.

Источник

Образование атмосферы. Первичная и вторичная атмосфера.

В течение всей геологической истории атмосфера Земли претерпела ряд глубоких трансформаций.

Первичная атмосфера Земли. Восстановительная.

Вторичная атмосфера Земли. Окислительная.

В дальнейшем первичная атмосфера стала
трансформироваться во вторичную. Это произошло в результате тех же
процессов выветривания, происходивших на поверхности земли,
вулканической и солнечной активности, а также вследствие
жизнедеятельности цианобактерий и сине-зеленых водорослей.

Результатом трансформации стало
разложение метана на водород и углекислоту, аммиака – на азот и водород.
В атмосфере Земли стали накапливаться углекислый газ и азот.

Таким образом, атмосфера из восстановительной постепенно превратилась в окислительную.

Образование и эволюция углекислого газа в первичной и вторичной атмосфере.

Источники углекислого газа на ранних этапах образования атмосферы:

Содержание углекислоты в атмосфере ранней Земли было весьма значительно. Однако большая ее часть растворялась в водах гидросферы, где участвовала в постройке раковин различных водных организмов, биогенным путем превращаясь в карбонаты.

На рубеже протерозоя и палеозоя (ок. 600
млн. л.н.) содержание углекислого газа в атмосфере уменьшилось и
составило всего лишь десятые доли процента от общего объема газов в
атмосфере.

Современного уровня содержания в атмосфере углекислый газ достиг лишь 10-20 млн. лет назад.

Образование и эволюция кислорода в первичной и вторичной атмосфере.

Источники кислорода на ранних этапах образования атмосферы :

Изменение концентрации кислорода в атмосфере.

Вторая половина протерозоя – конец раннего венда – концентрация кислорода в атмосфере 0,1% от современного уровня (точка Пастера).

Образование и эволюция азота в первичной и вторичной атмосфере.

Азот образовался на ранних стадиях
развития Земли за счет разложения аммиака. Связывание атмосферного азота
и захоронение его в морских осадках началось с появлением организмов.
После выхода живых организмов на сушу, азот стал захороняться и в
континентальных осадках. Процесс связывания азота особенно усилился с
появлением наземных растений.

Таким образом, состав атмосферы Земли
определял особенности жизнедеятельности организмов, способствовал их
эволюции, развитию и расселению по поверхности земли. Но в истории Земли
бывали порой и сбои в распределении газового состава. Причиной этого
служили различные катастрофы, которые не раз возникали в течение
криптозоя и фанерозоя. Эти сбои приводили к массовым вымираниям
органического мира.

Состав древней и современной атмосферы в процентном соотношении приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав первичной и современной атмосферы Земли.

Источник

Кислород точно исчезнет: что будет с Землей без главного источника жизни

Моделирование климата Земли показывает, что более чем через миллиард лет количество кислорода в атмосфере нашей планеты уменьшится почти в 100 раз. Что ждет планету после?

Читайте «Хайтек» в

Атмосфера Земли

Атмосфера — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Толщина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая ее обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения и метеоритов.

Атмосфера есть у всех массивных тел — газовых гигантов и большинства планет земного типа в Солнечной системе, кроме Меркурия.

Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землёй как единое целое. Она переходит в межпланетное пространство постепенно, в экзосфере, начинающейся на высоте 500–1000 км от поверхности Земли.

По определению, предложенному Международной авиационной федерацией, граница атмосферы и космоса проводится по линии Кармана, расположенной на высоте 100 км, выше которой авиационные полеты становятся полностью невозможными.

NASA использует в качестве границы атмосферы отметку в 122 км (400 000 футов), где «шаттлы» переключались с маневрирования с помощью двигателей на аэродинамическое маневрирование.

Атмосфера Земли возникла в результате двух процессов: испарения вещества космических тел при их падении на Землю и выделения газов при вулканических извержениях (дегазация земной мантии). С выделением океанов и появлением биосферы атмосфера изменялась за счет газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.

В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).

История образования атмосферы

Согласно наиболее распространенной теории, атмосфера Земли на протяжении истории последней перебыла в трех различных составах. Первоначально она состояла из легких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера.

На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера. Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).

Кислород в атмосфере

Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа.

Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и другом.

По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьезные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.

Почему кислород исчезает из атмосферы?

Оказалось, что в течение этого времени с Земли происходит довольно стабильная утечка кислорода со скоростью примерно 8,4 промилле за миллион лет. В частности за последние 800 тыс. лет в атмосфере стало примерно на 0,7% меньше кислорода.

Уменьшение количества кислорода в атмосфере происходит довольно медленно. Вероятно, в ближайшие миллионы лет оно не угрожает человеческой жизни. Но информация о природе таких циклов очень важна для науки.

Нужно знать, под влиянием каких факторов происходят изменения. Эту информацию можно использовать в том числе при терраформировании Марса, когда люди начнут заселение Красной планеты. Вероятно, нам придется повышать количество кислорода в марсианской атмосфере.

Почему кислород исчезает?

Ученые еще не пришли к единому мнению, почему атмосфера Земли медленно теряет кислород. Есть две гипотезы.

Кислород исчезнет полностью?

Да, по крайне мере к такому выводу пришли японский ученый из Университета Тохо Казуми Озаки и его американский коллега Кристофер Рейнхард из Технологического института Джорджии.

Специалисты смоделировали эволюцию атмосферы нашей планеты с учетом геологических, биологических и климатических факторов. В результате они выяснили, что земная атмосфера останется относительно стабильной еще около миллиарда лет, а после этого за несколько тысяч лет она превратится в практически бескислородную.

По мнению ученых, причина катастрофы будет заключаться в возросшей активности Солнца, из-за которой в атмосфере снизится содержание углекислого газа. Когда этот показатель дойдет до критической точки, на планете нарушится процесс фотосинтеза, и кислород перестанет поступать в атмосферу.

Биосфера не успеет адаптироваться к таким значительным изменениям среды. Мир примитивных анаэробных микробов, который сегодня скрывается в тени, снова возьмет верх.

Вывод авторов работы

Как Земля будет без кислорода?

Такое состояние уже было с нашей планетой до кислородной катастрофы.

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 к распространению более энергетически выгодного (по сравнению с анаэробным) кислородного дыхания.

Источник

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.