Mūsu planēta ir sarežģīta sistēma, kas dinamiski attīstās vairāk nekā 4,5 miljardus gadu. Visas šīs sistēmas sastāvdaļas (Zemes cietais ķermenis, hidrosfēra, atmosfēra, biosfēra), mijiedarbojoties viena ar otru, nepārtraukti mainījās sarežģītās, dažreiz nepārprotamās attiecībās. Mūsdienu Zeme ir šīs ilgās evolūcijas starprezultāts.
Viena no svarīgākajām sistēmas sastāvdaļām, kas ir Zeme - atmosfēra, kas ir tiešā saskarē ar litosfēru, un ar ūdens čaulu, un ar biosfēru, un ar saules starojumu. Dažos mūsu planētas attīstības posmos atmosfērā ir notikušas ļoti būtiskas izmaiņas ar tālejošām sekām. Viena no šādām globālām pārmaiņām tiek saukta par skābekļa katastrofu. Šī notikuma nozīme Zemes vēsturē ir ārkārtīgi liela. Galu galā tieši ar viņu bija saistīta turpmākā dzīvības attīstība uz planētas.
Kas ir skābekļa katastrofa
Termins radās 20. gadsimta otrās puses sākumā, kad, pamatojoties uz prekembrija sedimentācijas procesu izpēti,secinājums par pēkšņu skābekļa satura pieaugumu līdz 1% no tā pašreizējā daudzuma (Pastera punkti). Tā rezultātā atmosfēra ieguva stabilu oksidējošu raksturu. Tas savukārt izraisīja tādu dzīvības formu attīstību, kuras fermentatīvās fermentācijas (glikolīzes) vietā izmanto daudz efektīvāku skābekļa elpošanu.
Mūsdienu pētījumi ir būtiski pilnveidojuši iepriekš pastāvošo teoriju, parādot, ka skābekļa saturs uz Zemes gan pirms, gan pēc arheāna-proterozoja robežas būtiski svārstījās, un kopumā atmosfēras vēsture ir daudz sarežģītāka nekā iepriekš. domāju.
Senā atmosfēra un primitīvās dzīves aktivitātes
Atmosfēras primāro sastāvu nevar noteikt ar absolūtu precizitāti, un bija maz ticams, ka tas tajā laikmetā bija nemainīgs, taču ir skaidrs, ka tā pamatā bija vulkāniskās gāzes un to mijiedarbības produkti ar akmeņiem. no zemes virsmas. Zīmīgi, ka starp tiem nevarēja būt skābekļa – tas nav vulkānisks produkts. Tādējādi agrīnā atmosfēra bija atjaunojoša. Gandrīz viss atmosfēras skābeklis ir biogēnas izcelsmes.
Ģeoķīmiskie un insolācijas apstākļi, iespējams, veicināja paklāju veidošanos - prokariotu organismu slāņveida kopienas, un dažas no tām jau varēja veikt fotosintēzi (vispirms bezskābekļa, piemēram, uz sērūdeņraža bāzes). Diezgan drīz, acīmredzot jau Arheāna pirmajā pusē, zilaļģes apguva augstas enerģijas skābekļa fotosintēzi,kas kļuva par vaininieku procesam, kas saņēma skābekļa katastrofas nosaukumu uz Zemes.
Ūdens, atmosfēra un skābeklis Arheānā
Jāatceras, ka primitīvā ainava izcēlās galvenokārt ar to, ka diez vai ir leģitīmi runāt par stabilu zemes un jūras robežu šim laikmetam sakarā ar intensīvu zemes eroziju augu trūkuma dēļ.. Pareizāk būtu iedomāties plašas teritorijas, kuras bieži pārpludina ļoti nestabila krasta līnija, jo tādi bija zilaļģu paklāju pastāvēšanas apstākļi.
To izdalītais skābeklis - atkritumi - nokļuva okeānā un Zemes atmosfēras apakšējos un pēc tam augšējos slāņos. Ūdenī viņš oksidēja atmosfērā izšķīdušos metālus, galvenokārt dzelzi - gāzes, kas bija tā sastāvdaļa. Turklāt tas tika iztērēts organisko vielu oksidēšanai. Skābekļa uzkrāšanās nenotika, notika tikai lokāls tā koncentrācijas pieaugums.
Ilga oksidējošas atmosfēras izveide
Šobrīd Arheāna beigu skābekļa pieplūdums ir saistīts ar Zemes tektoniskā režīma izmaiņām (īstās kontinentālās garozas veidošanos un plātņu tektonikas veidošanos) un vulkāniskās aktivitātes rakstura maiņu, ko izraisa viņiem. Tas izraisīja siltumnīcas efekta samazināšanos un ilgu Huron apledojumu, kas ilga no 2,1 līdz 2,4 miljardiem gadu. Ir arī zināms, ka lēcienam (apmēram pirms 2 miljardiem gadu) sekoja skābekļa satura kritums, kura iemesli joprojām nav skaidri.
Gandrīz visa proterozoika laikā, līdz pat 800 miljoniem gadu, skābekļa koncentrācija atmosfērā svārstījās, tomēr vidēji saglabājoties ļoti zema, lai gan jau augstāka nekā Arhejā. Tiek pieņemts, ka šāds nestabils atmosfēras sastāvs ir saistīts ne tikai ar bioloģisko aktivitāti, bet arī lielā mērā ar tektoniskām parādībām un vulkānisma režīmu. Var teikt, ka skābekļa katastrofa Zemes vēsturē ilga gandrīz 2 miljardus gadu – tas nebija tik daudz notikums, cik ilgs sarežģīts process.
Dzīvība un skābeklis
Brīva skābekļa parādīšanās okeānā un atmosfērā kā fotosintēzes blakusprodukts ir izraisījusi aerobo organismu attīstību, kas spēj asimilēt un izmantot šo toksisko gāzi dzīvē. Tas daļēji izskaidro faktu, ka skābeklis neuzkrājās tik ilgu laiku: dzīvības formas parādījās diezgan ātri, lai to izmantotu.
Skābekļa uzliesmojums pie Arhejas un Proterozoja robežas korelē ar tā saukto Lomagundi-Jatulijas notikumu - oglekļa izotopu anomāliju, kas izgājis cauri organiskajam ciklam. Iespējams, ka šis uzliesmojums izraisīja agrīnas aerobās dzīves pieaugumu, kā piemēru var minēt Francvilas biotu, kas datēta aptuveni pirms 2,1 miljarda gadu un kurā, domājams, ietilpst pirmie primitīvie daudzšūnu organismi uz Zemes.
Drīz, kā jau minēts, skābekļa saturs samazinājās un pēc tam svārstījās ap diezgan zemām vērtībām. Varbūt dzīvības uzplaiksnījums, kas izraisīja palielinātu skābekļa patēriņu,kas vēl bija ļoti mazs, spēlēja zināmu lomu šajā rudenī? Tomēr nākotnē noteikti radīsies sava veida “skābekļa kabatas”, kur aerobā dzīve pastāvēja diezgan ērti un atkārtoti mēģināja “sasniegt daudzšūnu līmeni”.
Skābekļa katastrofas sekas un nozīme
Tātad globālās atmosfēras sastāva izmaiņas nebija, kā izrādījās, katastrofālas. Tomēr to sekas patiešām radikāli mainīja mūsu planētu.
Izveidojās dzīvības formas, kas savu dzīvības aktivitāti balsta uz ļoti efektīvu skābekļa elpošanu, kas radīja priekšnoteikumus turpmākai biosfēras kvalitatīvai komplikācijai. Savukārt bez Zemes atmosfēras ozona slāņa veidošanās tas nebūtu iespējams - vēl vienas sekas brīvā skābekļa parādīšanās tajā.
Turklāt daudzi anaerobie organismi nespēja pielāgoties šīs agresīvās gāzes klātbūtnei savā dzīvotnē un izmira, savukārt citi bija spiesti aprobežoties ar eksistenci bezskābekļa "kabatās". Saskaņā ar padomju un krievu zinātnieka, mikrobiologa G. A. Zavarzina tēlaino izteicienu, skābekļa katastrofas rezultātā biosfēra “apgriezās uz āru”. Tā sekas bija otrais lielais skābekļa notikums proterozoika beigās, kā rezultātā galīgi izveidojās daudzšūnu dzīvība.
