Didysis deguonies įvykis (GOE): kaip cianobakterijos pakeitė atmosferą

Sužinokite, kaip cianobakterijų fotosintezė sukėlė Didįjį deguonies įvykį (GOE), transformavo atmosferą, sunaikino anaerobus ir pakeitė Žemės klimatą bei evoliuciją.

Autorius: Leandro Alegsa

Didysis deguonies susidarymo įvykis (GOE) — tai laisvojo deguonies kaupimasis mūsų atmosferoje, kuris ženkliai pakeitė planetos cheminę ir biologinę raidą. Nors cianobakterijos, vykdančios fotosintezę, gamino deguonį jau anksčiau, pats GOE laikomas pagrindiniu poslinkiu — atmosferoje laisvojo deguonies pradžia įvyko maždaug prieš 2,4–2,3 milijardus metų. Fotosintezės atsiradimas galėjo prasidėti ir anksčiau (galbūt prieš ~3 milijardus metų), tačiau deguonis ilgai buvo cheminių „suvartojimo“ procesų rezultatas, todėl jis neakumuliavosi atmosferoje tol, kol šie rezervuarai nebuvo užpildyti.

Kas blokuodavo laisvą deguonį?

Prieš GOE daug laisvojo deguonies iš karto reaguodavo su redukcinėmis medžiagomis: organinėmis medžiagomis, tirpstančiomis jūros cheminėmis dalelėmis ir ypač su ištirpusia geležimi. Jūrų vandenyse buvo daug ištirpusios geležies, nes tirpsta ji geriau nei jos oksidai; kai deguonis susidarė, geležis oksiduodavosi ir nusėsdavo kaip geležies oksidas, formuodama didžiules nuosėdas — juostinės geležies uolienos, kurių sluoksniai randami archajaus ir proterozojaus epochose. Kol šie „deguonies sūkliai“ (geležis, redukuoti junginiai, besikeičiantys vulkaniniai dujos) galėjo sugerti beveik visą pagamintą deguonį, atmosferoje laisvas O2 nekaupėsi.

Palaipsnis O2 kaupimasis ir kaskadinės pasekmės

Kai geocheminiai rezervuarai tapo užpildyti ir jų našumas sumažėjo, perteklinis deguonis pradėjo kauptis atmosferoje — tai ir žymi GOE. Šis procesas turėjo kelias esmines pasekmes:

  • Biologinė krizė anaerobams: daugumai anksčiau vyraujančių anaerobinių mikroorganizmų laisvasis deguonis buvo toksiškas, todėl daugelis rūšių nyko arba buvo priverstos prisitaikyti prie užterštos deguonimi aplinkos.
  • Ekologinių struktūrų formavimasis: Cianobakterijos, dauginęsi ir statydamos stromatolitus, pakeitė mikrobines bendruomenes ir vietinę cheminię pusiausvyrą, o kartu ir paveikė kitus protistus, kurie daugelyje atvejų būtų išnykę arba priversti migruoti į mažiau oksiduotas aplinkas.
  • Klimato atšalimas per metano sumažėjimą: laisvasis deguonis reaguodamas su atmosferiniu metanu ir kitomis šiltnamio efektą sukeliančiomis dujomis sumažino jų koncentracijas. Tai, tikėtina, prisidėjo prie Hurono ledynmečio prasidėjimo — vieno iš ilgų atšalimo epizodų Žemės istorijoje — ir galbūt išprovokavo plačius glaciacijos (kartais vadinamų „sniego gniūžtės“) epizodus.

Ilgalaikės reikšmės

Nuo GOE laisvasis deguonis tapo stabilia ir svarbia atmosferos dalimi. Jis leido atsirasti ir vystytis aerobinei kvėpavimo formai, kuri suteikė gyvybei daugiau energijos ir padėjo atsirasti sudėtingesnėms, didesnėms organizmų formoms. Be to, atmosferinis deguonis prisidėjo prie ozono sluoksnio formavimosi, kuris apsaugojo paviršių nuo intensyvios ultravioletinės spinduliuotės ir taip sudarė palankesnes sąlygas gyvybei išeiti į sausumą.

Laiko skalė ir tolesnės oksidacijos fazės

Reikėtų pažymėti, kad GOE nebuvo vienkartinis, staigus įvykis — tai buvo ilgas, dalimis fragmentiškas procesas. Milijardai metų po pradinių deguonies pikinų, atmosferos O2 koncentacija kelis kartus keitėsi; vėlesnės reikšmingesnės oksidacijos fazės vyko per proterozojų epochą ir artėjant prie kambro periodo, kol galiausiai susiformavo sąlygos, artimos šiandieninėms.

Santrauka: GOE yra viena iš kertinių Žemės evoliucijos stadijų: cianobakterijų fotosintezė pradėjo gaminti laisvą deguonį, tačiau jo akumulacija įvyko tik tada, kai cheminiai „sūkliai“ (ypač geležis) nebepajėgė išnaudoti viso pagaminto O2. Šis procesas pakeitė ekosistemas, klimato sąlygas ir atvėrė kelią sudėtingesnei gyvybei mūsų planetoje.

O2 kaupimasis Žemės atmosferoje. Raudona ir žalia linijos žymi įverčių intervalą, o laikas matuojamas milijardais metų (Ga). 1 etapas (3,85-2,45 Ga): Atmosferoje praktiškai nėra O2. 2 etapas (2,45-1,85 Ga): O2 susidaro, bet jį absorbuoja vandenynai ir jūros dugno uolienos. 3 etapas (1,85-0,85 Ga): O2 pradeda išsiskirti iš vandenynų, bet jį sugeria sausumos paviršiai. 4 ir 5 etapai (nuo 0,85 iki dabar): O2 nusenka užpildytas ir dujos kaupiasi.Zoom
O2 kaupimasis Žemės atmosferoje. Raudona ir žalia linijos žymi įverčių intervalą, o laikas matuojamas milijardais metų (Ga). 1 etapas (3,85-2,45 Ga): Atmosferoje praktiškai nėra O2. 2 etapas (2,45-1,85 Ga): O2 susidaro, bet jį absorbuoja vandenynai ir jūros dugno uolienos. 3 etapas (1,85-0,85 Ga): O2 pradeda išsiskirti iš vandenynų, bet jį sugeria sausumos paviršiai. 4 ir 5 etapai (nuo 0,85 iki dabar): O2 nusenka užpildytas ir dujos kaupiasi.

Laikas

Įrodyta, kad laisvąjį deguonį pirmiausia pradėjo gaminti fotosintetinantys organizmai (prokariotiniai, vėliau eukariotiniai), kurie deguonį išskiria kaip atliekas. Šie organizmai gyveno gerokai anksčiau nei GOE, galbūt prieš 3500 mln. metų. Jų gaminamas deguonis turėjo greitai pasišalinti iš atmosferos, vykstant masiniam rūdijimui, dėl kurio susidarė juostinio geležies dariniai. Deguonis nedideliais kiekiais atmosferoje pradėjo išsilaikyti tik netrukus (~50 mln. m.) iki GOE pradžios. Nepasitraukus deguoniui, jis būtų kaupęsis labai greitai. Esant dabartiniam fotosintezės greičiui (kuris yra daug didesnis nei sausumos augalų neturinčiame prekambryje), šiuolaikinis O2 kiekis atmosferoje galėtų susidaryti maždaug per 2 000 metų.

Santrauka:

  1. 3500 mlj Archajaus eonas: deguonies gamyba cianobakterijose stromatolituose.
  2. Dėl deguonies geležis nusėda geležies oksidų pavidalu juostinėse geležies formacijose.
  3. c. 2400 mja Paleoproterozojaus era: laisvas deguonis patenka į atmosferą, daugiausia jo sugeria sausuma.
  4. c. 850 mya Neoproterozojaus era: atmosferoje pradeda kauptis deguonis. Paleozojaus eroje toliau didėja iki dabartinio lygio.



Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra Didysis deguonies susidarymo įvykis (angl. Great Oxygenation Event, GOE)?


A: GOE buvo laisvojo deguonies atsiradimas mūsų atmosferoje, kurį sukėlė fotosintezę vykdančios cianobakterijos. Jis vyko ilgą laiką, nuo prieš tris milijardus metų iki maždaug prieš milijardą metų.

K: Kaip įvyko GOE?


A.: Prieš GOE organinės medžiagos ir ištirpusi geležis chemiškai sulaikydavo laisvą deguonį. Kai neliko pakankamai geležies, kad būtų galima surinkti daugiau deguonies, atmosferoje susikaupė laisvas deguonis, ir tai buvo GOE.

K: Kokios buvo kai kurios GOE pasekmės?


A: Deguonis buvo toksiškas daugumai anaerobinių Žemės gyventojų, todėl daugelis jų išnyko. Laisvas deguonis taip pat reagavo su atmosferos metanu, šiltnamio efektą sukeliančiomis dujomis, jį pašalindamas ir sukeldamas Hurono apledėjimą - galbūt ilgiausią visų laikų sniego gniūžtės Žemėje epizodą. Nuo to laiko laisvasis deguonis yra svarbi mūsų atmosferos dalis.

K: Kas yra stromatolitai?


A: Stromatolitai - tai cianobakterijų suformuotos sluoksniuotos struktūros, kurių galima rasti sekliose vandens aplinkose, pavyzdžiui, lagūnose ir potvynių ir atoslūgių baseinuose. Jie susidaro, kai bakterijos savo gleivių sluoksniuose sulaiko nuosėdų daleles ir laikui bėgant suformuoja demblius vienas ant kito.

Klausimas: Kaip fotosintezė paveikė Žemę prieš ir po GOE?


A: Fotosintezė gamino deguonį ir prieš GOE, ir po jos; tačiau prieš ją visą laisvą deguonį sulaikydavo organinės medžiagos arba ištirpusi geležis, o po jos dalis laisvo deguonies galėjo kauptis mūsų atmosferoje, nes trūko geležies, kuri galėtų jį visą sulaikyti.

K: Kada įvyko šis įvykis?



Atsakymas: Didysis deguonies prisotinimo įvykis vyko nuo prieš tris milijardus iki maždaug vieno milijardo metų.


Ieškoti
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3