سیاره ما یک سیستم پیچیده است که بیش از 4.5 میلیارد سال است که به طور پویا در حال توسعه است. همه اجزای این سیستم (جسم جامد زمین، هیدروسفر، اتمسفر، بیوسفر)، در تعامل با یکدیگر، به طور مداوم در یک رابطه پیچیده و گاه غیر آشکار تغییر می کنند. زمین مدرن یک نتیجه متوسط از این تکامل طولانی است.
یکی از مهمترین اجزای منظومه ای که زمین است - جو است که در تماس مستقیم با لیتوسفر و با پوسته آب و با زیست کره و با تابش خورشید است. در برخی از مراحل توسعه سیاره ما، جو دستخوش تغییرات بسیار قابل توجهی شده است که پیامدهای گسترده ای دارد. یکی از این تغییرات جهانی، فاجعه اکسیژن نامیده می شود. اهمیت این رویداد در تاریخ زمین فوق العاده زیاد است. از این گذشته، با او بود که توسعه بیشتر حیات در این سیاره مرتبط شد.
فاجعه اکسیژن چیست
این اصطلاح در آغاز نیمه دوم قرن بیستم به وجود آمد، زمانی که بر اساس مطالعه فرآیندهای رسوب گذاری پرکامبرین،نتیجه گیری در مورد افزایش ناگهانی محتوای اکسیژن تا 1٪ از مقدار فعلی آن (نقاط پاستور). در نتیجه، اتمسفر به طور پیوسته خاصیت اکسید کننده ای به خود گرفت. این به نوبه خود منجر به توسعه اشکال حیاتی شد که از تنفس اکسیژن بسیار کارآمدتر به جای تخمیر آنزیمی (گلیکولیز) استفاده می کنند.
تحقیقات مدرن اصلاحات قابل توجهی در نظریه قبلی انجام داده است، و نشان می دهد که محتوای اکسیژن روی زمین چه قبل و چه بعد از مرز آرکئن-پروتروزوییک به طور قابل توجهی نوسان داشته است، و به طور کلی تاریخچه جو بسیار پیچیده تر از گذشته است. فکر کردم.
جو باستانی و فعالیت های زندگی بدوی
ترکیب اولیه اتمسفر را نمی توان با دقت مطلق مشخص کرد و بعید بود که در آن دوره ثابت باشد، اما واضح است که بر اساس گازهای آتشفشانی و محصولات برهمکنش آنها با سنگ ها بوده است. از سطح زمین قابل توجه است که در میان آنها اکسیژن وجود ندارد - این یک محصول آتشفشانی نیست. بنابراین جو اولیه ترمیم کننده بود. تقریباً تمام اکسیژن اتمسفر منشأ بیوژنیک دارد.
شرایط ژئوشیمیایی و تابش نور احتمالاً به تشکیل تشک ها کمک کرده است - جوامع لایه ای موجودات پروکاریوتی، و برخی از آنها قبلاً می توانستند فتوسنتز را انجام دهند (مثلاً ابتدا بدون اکسیژن، بر اساس سولفید هیدروژن). خیلی زود، ظاهراً در نیمه اول آرکئن، سیانوباکتری ها بر فتوسنتز اکسیژن پرانرژی تسلط یافتند.که مقصر فرآیندی شد که نام فاجعه اکسیژن روی زمین را دریافت کرد.
آب، جو و اکسیژن در آرکئن
باید به خاطر داشت که چشم انداز بدوی اساساً با این واقعیت متمایز بود که به سختی می توان از مرز ثابت خشکی و دریا برای آن دوره صحبت کرد به دلیل فرسایش شدید زمین به دلیل عدم وجود گیاهان.. تصور اینکه مناطق وسیعی که اغلب با خط ساحلی بسیار ناپایدار پر شده اند، درست تر است، شرایطی برای وجود تشک های سیانوباکتری.
اکسیژن آزاد شده توسط آنها - مواد زائد - وارد اقیانوس و به پایین تر و سپس به لایه های بالایی جو زمین می شود. او در آب، فلزات محلول، در درجه اول آهن را در جو اکسید کرد - گازهایی که بخشی از آن بودند. علاوه بر این، برای اکسیداسیون مواد آلی صرف شد. هیچ انباشتگی اکسیژن اتفاق نیفتاد، فقط غلظت آن افزایش موضعی داشت.
استقرار طولانی یک جو اکسید کننده
در حال حاضر، موج اکسیژن انتهای آرکئن با تغییراتی در رژیم زمین ساختی زمین (تشکیل پوسته قاره ای واقعی و تشکیل تکتونیک صفحه ای) و تغییر در ماهیت فعالیت های آتشفشانی ناشی از آنها منجر به کاهش اثر گلخانه ای و یخبندان طولانی هورون شد که از 2.1 تا 2.4 میلیارد سال طول کشید. همچنین مشخص است که این پرش (حدود 2 میلیارد سال پیش) با کاهش محتوای اکسیژن همراه شد که دلایل آن هنوز مشخص نیست.
تقریباً در طول کل پروتروزوییک، تا 800 میلیون سال پیش، غلظت اکسیژن در اتمسفر در نوسان بود، با این حال، به طور متوسط بسیار پایین بود، اگرچه در حال حاضر بیشتر از آرکئن بود. فرض بر این است که چنین ترکیب ناپایدار جو نه تنها با فعالیت بیولوژیکی، بلکه تا حد زیادی با پدیده های تکتونیکی و رژیم آتشفشانی مرتبط است. ما می توانیم بگوییم که فاجعه اکسیژن در تاریخ زمین تقریباً 2 میلیارد سال طول کشید - این یک رویداد به اندازه یک فرآیند پیچیده طولانی نبود.
زندگی و اکسیژن
ظاهر اکسیژن آزاد در اقیانوس و جو به عنوان محصول جانبی فتوسنتز منجر به ایجاد موجودات هوازی شده است که قادر به جذب و استفاده از این گاز سمی در زندگی هستند. این تا حدودی این واقعیت را توضیح می دهد که اکسیژن برای مدت طولانی انباشته نشده است: اشکال حیات برای استفاده از آن به سرعت ظاهر شدند.
انفجار اکسیژن در مرز آرکئن-پروتروزوئیک با رویداد به اصطلاح لوماگوندی-یاتولی، یک ناهنجاری ایزوتوپی کربن که از چرخه آلی عبور کرده است، همبستگی دارد. این امکان وجود دارد که این موج منجر به ظهور حیات هوازی اولیه شود، همانطور که در بیوتات فرانکویل مربوط به حدود 2.1 میلیارد سال پیش، که ظاهراً شامل اولین موجودات چند سلولی اولیه روی زمین است، مثال می‌زند.
به زودی، همانطور که قبلاً اشاره شد، محتوای اکسیژن کاهش یافت و سپس در حدود مقادیر نسبتاً پایین نوسان کرد. شاید جرقه ای از زندگی که باعث افزایش مصرف اکسیژن شده است،که هنوز خیلی کوچک بود، در این پاییز نقش خاصی داشت؟ با این حال، در آینده، نوعی "جیب اکسیژن" به وجود می آمد، جایی که زندگی هوازی کاملاً راحت وجود داشت و تلاش های مکرری برای "رسیدن به سطح چند سلولی" انجام داد.
پیامدها و اهمیت فاجعه اکسیژن
بنابراین، تغییرات جهانی در ترکیب جو، همانطور که معلوم شد، فاجعه بار نبود. با این حال، پیامدهای آنها واقعاً سیاره ما را تغییر داد.
اشکال حیات پدید آمدند که فعالیت زندگی خود را بر اساس تنفس اکسیژن بسیار کارآمد می‌سازند، که پیش‌شرط‌هایی را برای عارضه کیفی بعدی بیوسفر ایجاد می‌کند. به نوبه خود، بدون تشکیل لایه اوزون جو زمین امکان پذیر نبود - یکی دیگر از پیامدهای ظاهر شدن اکسیژن آزاد در آن.
علاوه بر این، بسیاری از موجودات بی هوازی نتوانستند خود را با حضور این گاز تهاجمی در زیستگاه خود وفق دهند و از بین رفتند، در حالی که برخی دیگر مجبور شدند خود را به وجود در "جیب های بدون اکسیژن" محدود کنند. بر اساس بیان مجازی دانشمند شوروی و روسی، میکروبیولوژیست G. A. Zavarzin، زیست کره در نتیجه فاجعه اکسیژن "از داخل به بیرون تبدیل شد". پیامد این دومین رویداد بزرگ اکسیژن در پایان پروتروزوئیک بود که منجر به شکل‌گیری نهایی حیات چند سلولی شد.
