Геологічна історія кисню

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Приріст O2 в атмосфері Землі. Червона і зелена лінії показують діапазон значень, в той час як шкала часу має вимір в мільярди років тому (Ga).
Стадія 1 (3.85–2.45 Ga): Практично немає O2 в атмосфері.
Стадія 2 (2.45–1.85 Ga): O2 вироблявся, але поглинався океанами і скелями.
Стадія 3 (1.85–0.85 Ga): O2 починає виділятися в вигляді газу з океанів, але поглинається поверхнями землі і формує озонний шар.
Стадії 4 і 5 (0.85 Ga–до теперішнього): Поглиначі O2 наповнені, газ накопичується.[1]

До виникнення фотосинтезу, в атмосфері Землі не було вільного кисню (O2).[2] Фотосинтезуючі організми прокаріоти, що в процесі життєдіяльності виробляли O2 жили за довго до першого накопичення кисню в атмосфері,[3] можливо вже 3,5 мільярди років тому. Кисень, який вони виробляли, швидко забирався з атмосфери через вивітрювання мінералів, особливо таких що містили залізо. Таке «масове іржавіння» призвело до оксиду заліза на дні океану, утворюючи залізисті кварцити. Кисень почав залишатися в атмосфері в невеликих кількостях лише 50 мільйонів років до початку великої кисневої катастрофи.[4] Така масова оксигенація атмосфери призвела до швидкого накопичення вільного кисню. При теперішніх темпах первинної продукції, сьогоднішня концентрація кисню може вироблятися за допомогою організмів, що здійснюють фотосинтез, за 2 000 років.[5] При відсутності рослин, швидкість оксигенації шляхом фотосинтезу була повільніша в докембрійському періоді, і концентрація O2 сягали менше ніж 10 % сьогоднішніх і ймовірно значно коливалися; кисень міг навіть зникати із атмосфери знову близько 1,9 мільярдів років тому.[6] Такі флуктуації концентрації кисню мало впливали на тодішнє життя, оскільки масового вимирання не зафіксовано до появи складних живих організмів приблизно на початку Кембрійського періоду, 541 мільйонів років тому.[7] Така присутність O2 в атмосфері дала життю нових можливостей. Аеробний метаболізм став більш ефективним ніж анаеробний спосіб, а також наявність кисню однозначно створило нові умови для поширення життя.[8]:214, 586[9] З початку Кембрійсього періоду, концентрація атмосферного кисню змінювалася від 15 % до 35 % від загального об'єму атмосфери.[10] Максимум в 35 % було досягнуто наприкінці Кам'яновугільного періоду (приблизно 300 мільйонів років тому), на це могло вплинути велика кількість комах і амфібій в той час.[9] У часи людської діяльності, такої як спалювання горючих копалин, змінювалася відносна концентрація двоокису вуглецю, в той час як вплив на концентрацію кисню не такий значний.[11]

Вплив на життя

[ред. | ред. код]

Накопичення кисню в атмосфері часто вважають можливою причиною при великомасштабних подіях в еволюції живого, таких як поява багатоклітинних організмів і едіакарської фауни, з кембрійським вибухом, тенденціями в змінах розміру тіл тварин, а також з іншими подіями зникнення і появи видів.[9]

Великий розмір комах і амфібій в Кам'яновугільний період, коли концентрацію кисню в атмосфері сягала 35 %, пов'язують із граничною роллю дифузії в метаболізмі цих організмів. Але Холдейн в своєму есе[12] вказує на те, що це буде справедливим лише для комах. Однак, біологічна основа для такої кореляції не є твердо доведеною, і багато ліній доказів показують, що концентрація кисню не є обмежувачем у розмірах сучасних комах.[9] Немає чіткої кореляції між атмосферним киснем і максимальним розміром тіла де-небудь в геологічних літописах.[9] Екологічні обмеження можуть краще пояснити мініатюрний розмір метеликів в пост-кам'яновугільний період — наприклад, поява літаючих конкурентів, таких як птерозаври, птахи і кажани.[9]

Підвищення концентрації кисню називають джерелом різноманітності еволюції, хоча фізіологічні аргументи таких тверджень піддаються сумнівам, і взаємозв'язок між зміною концентрації кисню і темпами еволюції не однозначний.[9] Найбільш відомий факт зв'язку між киснем і еволюцією відбувався наприкінці останнього зледеніння Землі-сніжки, де вперше знайдені залишки складного багатоклітинного життя. В період низької концентрації кисню і до еволюції в фіксації азоту, біологічно-доступні сполуки азоту були в обмеженій кількості[13] і періодичні «азотні кризи» могли вплинути на те що океан був негостинним для життя.[9] Значні концентрації кисню були лише однією з передумов для еволюції складного життя.[9] Моделі, що засновані на уніформіських принципах (тобто екстраполяція динаміки теперішнього океану на глибоке минуле) припускають, що така концентрація була досягнута лише не задовго до першої появи метазою в скам'янілих рештках.[9] Далі, безкисневі або іншими словами хімічно «несприятливі» океанічні умови, які схожі на ті, що перешкоджали макроскопічному життю з інтервалами повторно виникають під час раннього Кембрію, а також в пізньому Крейдяному періоді — без видимого впливу на форми життя того часу.[9] Це дає підставу припускати, що геохімічні свідчення знайдені в океанічних відкладеннях зображають тодішню атмосферу по іншому в докембрійський період — можливо в результаті фундаментально відмінного кругообігу поживних речовин при відсутніх тваринах, що живляться планктоном.[7][9]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ Архівована копія (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 25 червня 2014. Процитовано 18 квітня 2017.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
  2. ↑ Zimmer, Carl (3 жовтня 2013). Earth’s Oxygen: A Mystery Easy to Take for Granted. New York Times. Архів оригіналу за 16 травня 2020. Процитовано 3 жовтня 2013.
  3. ↑ Dutkiewicz, A.; Volk, H.; George, S. C.; Ridley, J.; Buick, R. (2006). Biomarkers from Huronian oil-bearing fluid inclusions: an uncontaminated record of life before the Great Oxidation Event. Geology. 34 (6): 437. Bibcode:2006Geo....34..437D. doi:10.1130/G22360.1.
  4. ↑ Anbar, A.; Duan, Y.; Lyons, T.; Arnold, G.; Kendall, B.; Creaser, R.; Kaufman, A.; Gordon, G.; Scott, C.; Garvin, J.; Buick, R. (2007). A whiff of oxygen before the great oxidation event?. Science. 317 (5846): 1903—1906. Bibcode:2007Sci...317.1903A. doi:10.1126/science.1140325. PMID 17901330.
  5. ↑ Dole, M. (1965). The Natural History of Oxygen. The Journal of General Physiology. 49 (1): Suppl:Supp5–27. doi:10.1085/jgp.49.1.5. PMC 2195461. PMID 5859927.
  6. ↑ Frei, R.; Gaucher, C.; Poulton, S. W.; Canfield, D. E. (2009). Fluctuations in Precambrian atmospheric oxygenation recorded by chromium isotopes. Nature. 461 (7261): 250—253. Bibcode:2009Natur.461..250F. doi:10.1038/nature08266. PMID 19741707. Загальний огляд.
  7. ↑ а б Butterfield, N. J. (2007). Macroevolution and macroecology through deep time. Palaeontology. 50 (1): 41—55. doi:10.1111/j.1475-4983.2006.00613.x.
  8. ↑ Freeman, Scott (2005). Biological Science, 2nd. Upper Saddle River, NJ: Pearson – Prentice Hall. с. 214, 586. ISBN 0-13-140941-7.
  9. ↑ а б в г д е ж и к л м н Butterfield, N. J. (2009). Oxygen, animals and oceanic ventilation: An alternative view. Geobiology. 7 (1): 1—7. doi:10.1111/j.1472-4669.2009.00188.x. PMID 19200141.
  10. ↑ Berner, R. A. (Sep 1999). Atmospheric oxygen over Phanerozoic time (Free full text). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (20): 10955—10957. Bibcode:1999PNAS...9610955B. doi:10.1073/pnas.96.20.10955. ISSN 0027-8424. PMC 34224. PMID 10500106.
  11. ↑ Emsley, John (2001). Oxygen. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. с. 297—304. ISBN 0-19-850340-7.
  12. ↑ J.B.S. Haldane in «On Being the Right Size» paragraph 7
  13. ↑ Navarro-González, Rafaell; McKay, Christopher P.; Nna Mvondo, Delphine (Jul 2001). A possible nitrogen crisis for Archaean life due to reduced nitrogen fixation by lightning. Nature. 412 (5 July 2001): 61—64. doi:10.1038/35083537. PMID 11452304. {{cite journal}}: |access-date= вимагає |url= (довідка)
Отримано з https://uk.wikipedia.org/wiki/Геологічна_історія_кисню