Кислородная катастрофа
Большим событием в области оксигенации (GOE) стало введение свободного кислорода в нашу атмосферу. Оно было вызвано цианобактериями, делающими фотосинтез. Это заняло очень долгое время, с примерно трех миллиардов лет назад до примерно одного миллиарда лет назад.
Фотосинтез производил кислород как до, так и после GOE. Разница заключалась в том, что до GOE органическое вещество и растворенное железо химически улавливали любой свободный кислород. Земля имеет много железа, и железо обладает большей растворимостью, чем его оксиды, поэтому в океанах было много растворенного железа. Оно стало оксидомжелеза и сделало огромные отложения в виде полосчатой железной породы архейской и протерозойской эпох. Когда железа не хватало, чтобы уловить больше кислорода, в атмосфере накапливался свободный кислород. Это был GOE.
Кислород был токсичен для большинства анаэробных обитателей Земли в то время. Поскольку цианобактерии вырабатывали кислород и строили свои строматолиты, они изменяли среду обитания для других прототипов. Поскольку другие протисты не имели возможности иметь дело с кислородом, большинство из них вымерли бы. Другим следствием было воздействие свободного кислорода на атмосферный метан, парниковый газ. Реакция удалила метан и вызвала оледенение Хуронов, возможно, самый длинный эпизод снежного кома на Земле. С тех пор свободный кислород является важной частью атмосферы.
Нарастание кислорода в атмосфере Земли. Красная и зеленая линии представляют собой диапазон оценок, в то время как время измеряется миллиардами лет назад (Ga). Стадия 1 (3.85-2.45 Ga): Практически нет О2 в атмосфере. Стадия 2 (2.45-1.85 Га): О2 образуется, но поглощается океанами и морскими породами. Стадия 3 (1,85-0,85 Га): О2 начинает выделяться из океанов, но поглощается поверхностью суши. Этапы 4 и 5 (0,85 - по настоящее время): О2 заполняется и газ накапливается.
Время
Доказано, что свободный кислород сначала выделялся фотосинтетическими организмами (прокариотическими, а затем эукариотическими), которые выделяли кислород как отходящий продукт. Эти организмы жили задолго до GOE, возможно, 3500 миллионов лет назад (mya). Кислород, который они вырабатывали, быстро удалялся из атмосферы в результате "массового ржавчинообразования", которое приводило к осаждению железобетонных полосчатых образований. Кислород начал сохраняться в атмосфере в небольших количествах лишь незадолго до начала работы GOE (~50 миллионов лет). Если бы кислород не был затянут, то он накапливался бы очень быстро. При сегодняшних темпах фотосинтеза (которые значительно выше, чем в безземельном докембрии) современный уровень кислорода в атмосфере может быть достигнут примерно за 2000 лет.
Резюме:
- 3 500 мья архейский эон: выработка кислорода цианобактериями в строматолитах.
- Кислород вызывает отложение железа в виде оксидов железа в полосчатых железных образованиях.
- c. 2400 мья палеопротерозойская эпоха: свободный кислород уходит в атмосферу, в основном поглощаясь на суше.
- c. 850 мья Неопротерозойская эра: в атмосфере начинает накапливаться кислород. В палеозойскую эпоху продолжает увеличиваться до настоящего уровня.
Вопросы и ответы
В: Что такое Великое Событие Оксигенации (GOE)?
О: ГОЭ - это образование свободного кислорода в нашей атмосфере, вызванное цианобактериями, осуществляющими фотосинтез. Оно происходило в течение длительного периода времени, от трех миллиардов лет назад до примерно одного миллиарда лет назад.
В: Как произошло ГОЭ?
О: До ГОЭ органические вещества и растворенное железо химически захватывали любой свободный кислород. Когда железа оставалось недостаточно для захвата большего количества кислорода, в атмосфере накапливался свободный кислород, что и стало ГОЭ.
В: Каковы были некоторые последствия ГОЭ?
О: Кислород был токсичен для большинства анаэробных обитателей Земли того времени, поэтому многие из них вымерли. Свободный кислород также вступил в реакцию с атмосферным метаном, парниковым газом, удалив его и вызвав гуронское оледенение - возможно, самый продолжительный снежный эпизод на Земле. С тех пор свободный кислород является важной частью нашей атмосферы.
В: Что такое строматолиты?
О: Строматолиты - это слоистые структуры, образованные цианобактериями, которые можно найти в мелководных средах, таких как лагуны и приливные бассейны. Они образуются, когда бактерии задерживают частицы осадка в слоях своей слизи и со временем формируют маты друг на друге.
В: Как фотосинтез влиял на Землю до и после ГОЭ?
О: Фотосинтез производил кислород как до, так и после ГОЭ; однако до него весь свободный кислород захватывался органическими веществами или растворенным железом, тогда как после него часть свободного кислорода могла накапливаться в нашей атмосфере из-за отсутствия доступного железа для его захвата.
В: Когда произошло это событие?
О: Великое событие насыщения кислородом происходило от трех миллиардов лет назад до примерно одного миллиарда лет назад.
