Ο πλανήτης μας είναι ένα πολύπλοκο σύστημα που αναπτύσσεται δυναμικά για περισσότερα από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Όλα τα συστατικά αυτού του συστήματος (το στερεό σώμα της Γης, υδρόσφαιρα, ατμόσφαιρα, βιόσφαιρα), που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, αλλάζουν συνεχώς σε μια πολύπλοκη, μερικές φορές μη εμφανή σχέση. Η σύγχρονη Γη είναι ένα ενδιάμεσο αποτέλεσμα αυτής της μακράς εξέλιξης.
Ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά του συστήματος που είναι η Γη - η ατμόσφαιρα, η οποία βρίσκεται σε άμεση επαφή με τη λιθόσφαιρα, και με το κέλυφος του νερού, και με τη βιόσφαιρα και με την ηλιακή ακτινοβολία. Σε ορισμένα στάδια της ανάπτυξης του πλανήτη μας, η ατμόσφαιρα έχει υποστεί πολύ σημαντικές αλλαγές με εκτεταμένες συνέπειες. Μια τέτοια παγκόσμια αλλαγή ονομάζεται καταστροφή του οξυγόνου. Η σημασία αυτού του γεγονότος στην ιστορία της Γης είναι εξαιρετικά μεγάλη. Εξάλλου, μαζί του συνδέθηκε η περαιτέρω ανάπτυξη της ζωής στον πλανήτη.
Τι είναι μια καταστροφή οξυγόνου
Ο όρος προέκυψε στις αρχές του δεύτερου μισού του 20ου αιώνα, όταν, με βάση τη μελέτη των διαδικασιών της προκαμβριακής καθίζησης,συμπέρασμα για την απότομη αύξηση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο έως και 1% της τρέχουσας ποσότητας (πόντοι Pasteur). Ως αποτέλεσμα, η ατμόσφαιρα προσέλαβε έναν σταθερά οξειδωτικό χαρακτήρα. Αυτό, με τη σειρά του, οδήγησε στην ανάπτυξη μορφών ζωής που χρησιμοποιούν πολύ πιο αποτελεσματική αναπνοή οξυγόνου αντί για ενζυμική ζύμωση (γλυκόλυση).
Η σύγχρονη έρευνα έχει κάνει σημαντικές βελτιώσεις στην προηγουμένως υπάρχουσα θεωρία, δείχνοντας ότι η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στη Γη τόσο πριν όσο και μετά το όριο Αρχαίου-Πρωτεροζωικού παρουσίασε σημαντικές διακυμάνσεις και γενικά η ιστορία της ατμόσφαιρας είναι πολύ πιο περίπλοκη από ό,τι στο παρελθόν σκέψη.
Αρχαία ατμόσφαιρα και δραστηριότητες πρωτόγονης ζωής
Η πρωταρχική σύνθεση της ατμόσφαιρας δεν μπορεί να προσδιοριστεί με απόλυτη ακρίβεια και ήταν απίθανο να ήταν σταθερή εκείνη την εποχή, αλλά είναι σαφές ότι βασιζόταν σε ηφαιστειακά αέρια και τα προϊόντα της αλληλεπίδρασής τους με τα πετρώματα της επιφάνειας της γης. Είναι σημαντικό ότι ανάμεσά τους δεν θα μπορούσε να υπάρχει οξυγόνο - δεν είναι ένα ηφαιστειακό προϊόν. Η πρώιμη ατμόσφαιρα ήταν έτσι αποκαταστατική. Σχεδόν όλο το ατμοσφαιρικό οξυγόνο είναι βιογενούς προέλευσης.
Γεωχημικές συνθήκες και συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας πιθανώς συνέβαλαν στο σχηματισμό ψάθας - κοινοτήτων προκαρυωτικών οργανισμών σε στρώματα, και μερικοί από αυτούς μπορούσαν ήδη να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση (πρώτο ανοξυγονικό, για παράδειγμα, με βάση το υδρόθειο). Πολύ σύντομα, προφανώς ήδη στο πρώτο μισό του Αρχαίου, τα κυανοβακτήρια κατέκτησαν τη φωτοσύνθεση οξυγόνου υψηλής ενέργειας,που έγινε ο ένοχος της διαδικασίας, που έλαβε το όνομα της καταστροφής του οξυγόνου στη Γη.
Νερό, ατμόσφαιρα και οξυγόνο στα Αρχαία
Πρέπει να θυμόμαστε ότι το πρωτόγονο τοπίο διακρίθηκε κυρίως από το γεγονός ότι δεν είναι νόμιμο να μιλάμε για σταθερό όριο ξηράς-θαλάσσης για εκείνη την εποχή λόγω της έντονης διάβρωσης της γης λόγω της απουσίας φυτών. Θα ήταν πιο σωστό να φανταστούμε τεράστιες περιοχές που συχνά πλημμυρίζουν από μια εξαιρετικά ασταθή ακτογραμμή, τέτοιες ήταν οι συνθήκες για την ύπαρξη κυανοβακτηριακών χαλιών.
Το οξυγόνο που απελευθερώνεται από αυτά - τα απόβλητα - εισήλθε στον ωκεανό και στα κατώτερα, και στη συνέχεια στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης. Στο νερό, οξειδώνει διαλυμένα μέταλλα, κυρίως σίδηρο, στην ατμόσφαιρα - τα αέρια που ήταν μέρος της. Επιπλέον, δαπανήθηκε για την οξείδωση της οργανικής ύλης. Δεν σημειώθηκε συσσώρευση οξυγόνου, σημειώθηκαν μόνο τοπικές αυξήσεις στη συγκέντρωσή του.
Μεγάλη δημιουργία οξειδωτικής ατμόσφαιρας
Σήμερα, η έκρηξη οξυγόνου στο τέλος του Αρχαίου συνδέεται με αλλαγές στο τεκτονικό καθεστώς της Γης (σχηματισμός του πραγματικού ηπειρωτικού φλοιού και σχηματισμός τεκτονικών πλακών) και την αλλαγή στη φύση της ηφαιστειακής δραστηριότητας που προκαλείται από τους. Είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του φαινομένου του θερμοκηπίου και έναν μακρύ παγετώνα Huron, ο οποίος διήρκεσε από 2,1 έως 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Είναι επίσης γνωστό ότι το άλμα (πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια) ακολούθησε πτώση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο, οι λόγοι της οποίας είναι ακόμη ασαφείς.
Κατά τη διάρκεια σχεδόν ολόκληρου του Πρωτοζωικού, έως και πριν από 800 εκατομμύρια χρόνια, η συγκέντρωση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα κυμάνθηκε, παραμένοντας, ωστόσο, κατά μέσο όρο πολύ χαμηλή, αν και ήδη υψηλότερη από ό,τι στην Αρχαία. Υποτίθεται ότι μια τέτοια ασταθής σύνθεση της ατμόσφαιρας συνδέεται όχι μόνο με τη βιολογική δραστηριότητα, αλλά και σε μεγάλο βαθμό με τα τεκτονικά φαινόμενα και το καθεστώς του ηφαιστείου. Μπορούμε να πούμε ότι η καταστροφή του οξυγόνου στην ιστορία της Γης εκτεινόταν για σχεδόν 2 δισεκατομμύρια χρόνια - δεν ήταν τόσο ένα γεγονός όσο μια μακρά περίπλοκη διαδικασία.
Ζωή και οξυγόνο
Η εμφάνιση του ελεύθερου οξυγόνου στον ωκεανό και την ατμόσφαιρα ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης οδήγησε στην ανάπτυξη αερόβιων οργανισμών ικανών να αφομοιώσουν και να χρησιμοποιήσουν αυτό το τοξικό αέριο στη ζωή. Αυτό εξηγεί εν μέρει το γεγονός ότι το οξυγόνο δεν συσσωρεύτηκε για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα: οι μορφές ζωής εμφανίστηκαν αρκετά γρήγορα για να το χρησιμοποιήσουν.
Η έκρηξη οξυγόνου στο όριο Αρχείου-Πρωτοζωικού συσχετίζεται με το λεγόμενο συμβάν Lomagundi-Yatulian, μια ανωμαλία ισοτόπων του άνθρακα που έχει περάσει από τον οργανικό κύκλο. Είναι πιθανό αυτό το κύμα να οδήγησε στην άνοδο της πρώιμης αερόβιας ζωής, όπως αποδεικνύεται από τη βιολογία Francville που χρονολογείται πριν από περίπου 2,1 δισεκατομμύρια χρόνια, η οποία περιλαμβάνει υποτίθεται τους πρώτους πρωτόγονους πολυκύτταρους οργανισμούς στη Γη.
Σύντομα, όπως έχει ήδη σημειωθεί, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μειώθηκε και στη συνέχεια κυμάνθηκε γύρω από αρκετά χαμηλές τιμές. Ίσως μια αναλαμπή ζωής που προκάλεσε αυξημένη κατανάλωση οξυγόνου,που ήταν ακόμα πολύ μικρό, έπαιξε κάποιο ρόλο σε αυτό το φθινόπωρο; Στο μέλλον, ωστόσο, θα προέκυπταν κάποιου είδους «θύλακες οξυγόνου», όπου η αερόβια ζωή υπήρχε αρκετά άνετα και έκανε επανειλημμένες προσπάθειες «να φτάσει στο πολυκύτταρο επίπεδο».
Συνέπειες και σημασία της καταστροφής του οξυγόνου
Έτσι, οι παγκόσμιες αλλαγές στη σύνθεση της ατμόσφαιρας δεν ήταν, όπως αποδείχθηκε, καταστροφικές. Ωστόσο, οι συνέπειές τους άλλαξαν πραγματικά ριζικά τον πλανήτη μας.
Εμφανίστηκαν μορφές ζωής που οικοδομούν τη ζωτική τους δραστηριότητα στην εξαιρετικά αποτελεσματική αναπνοή οξυγόνου, η οποία δημιούργησε τις προϋποθέσεις για την επακόλουθη ποιοτική επιπλοκή της βιόσφαιρας. Με τη σειρά του, δεν θα ήταν δυνατό χωρίς το σχηματισμό του στρώματος του όζοντος της ατμόσφαιρας της Γης - μια άλλη συνέπεια της εμφάνισης ελεύθερου οξυγόνου σε αυτό.
Επιπλέον, πολλοί αναερόβιοι οργανισμοί δεν μπορούσαν να προσαρμοστούν στην παρουσία αυτού του επιθετικού αερίου στον βιότοπό τους και εξαφανίστηκαν, ενώ άλλοι αναγκάστηκαν να περιοριστούν στην ύπαρξη σε «τσέπες» χωρίς οξυγόνο. Σύμφωνα με τη μεταφορική έκφραση του σοβιετικού και ρώσου επιστήμονα, μικροβιολόγου G. A. Zavarzin, η βιόσφαιρα «γύρισε μέσα προς τα έξω» ως αποτέλεσμα της καταστροφής του οξυγόνου. Συνέπεια αυτού ήταν το δεύτερο μεγάλο συμβάν οξυγόνου στο τέλος του Πρωτοζωικού, το οποίο είχε ως αποτέλεσμα τον τελικό σχηματισμό της πολυκύτταρης ζωής.
