Planeettamme on monimutkainen järjestelmä, joka on kehittynyt dynaamisesti yli 4,5 miljardia vuotta. Kaikki tämän järjestelmän komponentit (Maan kiinteä kappale, hydrosfääri, ilmakehä, biosfääri), jotka ovat vuorovaikutuksessa keskenään, muuttuivat jatkuvasti monimutkaisessa, joskus ei-ilmeisessä suhteessa. Nykyaikainen maapallo on tämän pitkän evoluution välitulos.
Yksi maapallon järjestelmän tärkeimmistä osista - ilmakehä, joka on suorassa kosketuksessa litosfääriin ja vesikuoreen, biosfääriin ja auringon säteilyyn. Joissakin planeettamme kehitysvaiheissa ilmakehä on kokenut erittäin merkittäviä muutoksia, joilla on kauaskantoisia seurauksia. Yhtä tällaista globaalia muutosta kutsutaan happikatastrofiksi. Tämän tapahtuman merkitys maapallon historiassa on poikkeuksellisen suuri. Loppujen lopuksi hänen kanssaan planeetan elämän jatkokehitys liittyi.
Mikä on happikatastrofi
Termi syntyi 1900-luvun toisen puoliskon alussa, jolloin esikambrian sedimentaatioprosessien tutkimuksen perusteellajohtopäätös happipitoisuuden äkillisestä noususta 1 prosenttiin sen nykyisestä määrästä (Pasteur-pisteet). Tämän seurauksena ilmakehä sai tasaisesti hapettavan luonteen. Tämä puolestaan johti sellaisten elämänmuotojen kehittymiseen, jotka käyttävät paljon tehokkaampaa happihengitystä entsymaattisen käymisen (glykolyysin) sijaan.
Nykyaikainen tutkimus on tehnyt merkittäviä tarkennuksia aiemmin olemassa olevaan teoriaan, mikä osoittaa, että happipitoisuus maapallolla ennen ja jälkeen arkean-proterotsoisen rajan vaihteli merkittävästi ja yleisesti ilmakehän historia on paljon monimutkaisempi kuin aiemmin ajattelin.
Muinainen tunnelma ja primitiivisen elämän toiminta
Ilmakehän ensisijaista koostumusta ei voida määrittää absoluuttisella tarkkuudella, ja oli epätodennäköistä, että se oli vakiona tuona aikana, mutta on selvää, että se perustui vulkaanisiin kaasuihin ja niiden vuorovaikutuksen tuotteisiin kivien kanssa maan pinnasta. On tärkeää, että niiden joukossa ei voinut olla happea - se ei ole vulkaaninen tuote. Varhainen tunnelma oli siis palauttava. Melkein kaikki ilmakehän happi on biogeenistä alkuperää.
Geokemialliset ja insolaatioolosuhteet ovat luultavasti myötävaikuttaneet mattojen muodostumiseen - prokaryoottisten organismien kerrosyhteisöjen muodostumiseen, ja jotkut niistä pystyivät jo suorittamaan fotosynteesiä (ensin happipitoisia, esimerkiksi rikkivetypohjaisia). Melko pian, ilmeisesti jo arkean ensimmäisellä puoliskolla, syanobakteerit hallitsivat korkeaenergisen happifotosynteesin,josta tuli prosessin syyllinen, joka sai nimen maapallon happikatastrofiksi.
Vesi, ilmakehä ja happi Arkeanissa
On muistettava, että primitiivinen maisema erottui ensisijaisesti siitä, että on tuskin oikeutettua puhua vakaasta maa-merirajasta tuolle aikakaudelle johtuen maan voimakkaasta eroosiosta kasvien puuttumisen vuoksi.. Olisi oikeampaa kuvitella laajoja alueita, jotka usein tulvii erittäin epävakaa rantaviivaa, sillä sellaiset olosuhteet olivat sinilevien mattojen olemassaolo.
Heidän vapauttama happi - jätetuotteet - pääsi v altamereen ja maan ilmakehän alempaan ja sitten ylempiin kerroksiin. Vedessä hän hapetti ilmakehään liuenneita metalleja, pääasiassa rautaa - kaasuja, jotka olivat osa sitä. Lisäksi se käytettiin orgaanisen aineen hapetukseen. Hapen kertymistä ei tapahtunut, sen pitoisuus kasvoi vain paikallisesti.
Pitkä hapettavan ilmakehän muodostuminen
Tällä hetkellä Arkeaanin lopun happipurkaus liittyy maapallon tektonisen järjestelmän muutoksiin (todellisen mannerkuoren muodostuminen ja levytektoniikan muodostuminen) ja vulkaanisen toiminnan luonteen muutokseen, jonka niitä. Se johti kasvihuoneilmiön vähenemiseen ja pitkään Huron-jäätiköön, joka kesti 2,1–2,4 miljardia vuotta. Tiedetään myös, että hyppyä (noin 2 miljardia vuotta sitten) seurasi happipitoisuuden lasku, jonka syyt ovat edelleen epäselviä.
Melkein koko proterotsoikon aikana, jopa 800 miljoonaa vuotta sitten, ilmakehän happipitoisuus vaihteli, pysyen kuitenkin keskimäärin hyvin alhaisena, vaikkakin jo korkeampana kuin Arkeanissa. Oletetaan, että tällainen epävakaa ilmakehän koostumus ei liity pelkästään biologiseen aktiivisuuteen, vaan myös suurelta osin tektonisiin ilmiöihin ja vulkanismin järjestelmään. Voimme sanoa, että happikatastrofi Maan historiassa kesti lähes 2 miljardia vuotta - se ei ollut niinkään tapahtuma kuin pitkä monimutkainen prosessi.
Elämä ja happi
Vapaan hapen ilmaantuminen v altamereen ja ilmakehään fotosynteesin sivutuotteena on johtanut aerobisten organismien kehittymiseen, jotka pystyvät omaksumaan ja käyttämään tätä myrkyllistä kaasua elämässä. Tämä selittää osittain sen tosiasian, että happea ei kertynyt niin pitkäksi ajaksi: elämänmuodot ilmestyivät melko nopeasti hyödyntämään sitä.
Happipurkaus arkean-proterotsoisen rajalla korreloi niin sanotun Lomagundin ja Yatulian tapahtuman kanssa, orgaanisen kierron läpi kulkeneen hiilen isotooppipoikkeaman kanssa. On mahdollista, että tämä nousu johti varhaisen aerobisen elämän nousuun, mistä esimerkkinä on noin 2,1 miljardin vuoden takaa peräisin oleva Francvillen eliöstö, joka sisältää oletettavasti ensimmäiset primitiiviset monisoluiset organismit maan päällä.
Pian, kuten jo todettiin, happipitoisuus laski ja sitten vaihteli melko alhaisten arvojen ympärillä. Ehkä elämän välähdys, joka aiheutti lisääntyneen hapenkulutuksen,joka oli vielä hyvin pieni, näytteli tietyssä roolissa tänä syksynä? Tulevaisuudessa kuitenkin syntyi jonkinlaisia "happitaskuja", joissa aerobinen elämä oli melko mukavasti olemassa ja yritti toistuvasti "saavuttaa monisoluinen taso".
Happikatastrofin seuraukset ja merkitys
Joten, globaalit muutokset ilmakehän koostumuksessa eivät olleet, kuten kävi ilmi, katastrofaalisia. Kuitenkin niiden seuraukset muuttivat planeettamme todella radikaalisti.
Siirtyi elämänmuotoja, jotka rakentavat elämänsä erittäin tehokkaalle happihengitykselle, mikä loi edellytykset myöhemmälle biosfäärin laadulliselle komplikaatiolle. Se ei puolestaan olisi ollut mahdollista ilman Maan ilmakehän otsonikerroksen muodostumista - toinen seuraus vapaan hapen ilmaantumisesta siihen.
Lisäksi monet anaerobiset organismit eivät kyenneet sopeutumaan tämän aggressiivisen kaasun läsnäoloon elinympäristössään ja kuolivat sukupuuttoon, kun taas toiset joutuivat rajoittumaan hapettomissa "taskuissa". Neuvostoliiton ja venäläisen tiedemiehen, mikrobiologi G. A. Zavarzinin kuvaannollisen ilmaisun mukaan biosfääri "kääntyi nurinpäin" happikatastrofin seurauksena. Tämän seurauksena oli toinen suuri happitapahtuma proterotsoiikan lopussa, joka johti monisoluisen elämän lopulliseen muodostumiseen.
