Первичная атмосфера земли доклад
Обновлено: 05.07.2024
Жизнь на нашей планете была бы невозможной, если бы в атмосфере Земли с самого начала эволюции содержался свободный кислород.
Современная атмосфера Земли имеет азотно-кислородный состав: 78,1% азота, 20,9% кислорода, 1-3% паров воды, около 1 % аргона и 0,03 % углекислого газа.
Этот состав характеризует атмосферу до высоты примерно в 100 км, а дальше состав атмосферы несколько меняется. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы водяного пара диссоциируют на водород и гидроксил. Два гидроксильных радикала соединяются вновь, образуя перекись водорода, которая довольно быстро разлагается на свободный кислород и воду, и цикл повторяется. Тяжелые молекулы кислорода опускаются в нижние слои атмосферы, а легкий водород диссипирует в космическое пространство из-за малой массы его атомов и молекул, приобретающих в нагретых Солнцем верхних слоях скорости, превышающие вторую космическую.
Нынешняя атмосфера Земли образовалась в процессе эволюции живого вещества примерно 1400 млн лет назад и представляет собой третье поколение газовой оболочки планеты. Ее современный состав резко отличается от того, что было во время конденсации первичного пылевого облака.
На рис. 7.1 приведено высотное распределение температуры и плотности в современной атмосфере Земли. Эти данные были получены с помощью метеорологических ракет за последние 20-30 лет. До этого метеорологи могли только догадываться о свойствах атмосферы выше 30-40 км, куда не долетали шары-зонды, наполненные водородом или гелием. Из рис. 7.1 видно, что температура верхних слоев атмосферы достигает нескольких тысяч градусов.
При такой температуре средняя максвелловская скорость атома водорода равна 8,64 км/с. Вторая космическая скорость 11,2 км/с составляет всего 1,3 от средней. При таком соотношении скоростей весь водород улетает в космическое пространство всего за 20 мин.
Рис. 7.1. Атмосфера Земли. Вертикальное распределение температуры и плотности
Если придерживаться той точки зрения, что все планеты Солнечной системы образовались из одного и того же протопланетного вещества, то первичная атмосфера Земли была близкой к атмосферам планет-гигантов — Юпитера, Сатурна и Урана, которые, благодаря своему мощному гравитационному полю, смогли удержать существенную часть летучих компонент этого вещества. Поэтому в атмосферах этих планет сохранились водород, метан и аммиак.
Но такая атмосфера оказалась на Земле неустойчивой.
В современной атмосфере Земли самый распространенный элемент в нашей галактике — водород практически полностью отсутствует, за исключением самых верх-
них слоев, где он непрерывно образуется в результате фотодиссоциации паров воды ультрафиолетовым излучением Солнца и безвозвратно улетает в космическое пространство, образуя вокруг Земли водородную корону, простирающуюся до высот в несколько тысяч километров.
Кроме того, первичная атмосфера подверглась изменению в результате внутренней активности планеты и выброса в атмосферу глубинных вулканических газов, содержащих углекислоту, сероводород, аммиак, цианистый водород и ряд других вулканических газов и дымов.
Образующийся в процессах фотодиссоциации паров воды свободный кислород окислял вулканические газы, а образующиеся окислы опускались в нижние слои атмосферы. Самым важным свойством вторичной атмосферы был ее восстановительный характер и ничтожно малое количество свободного кислорода.
Еще одно подтверждение нестабильности первичной атмосферы состоит в том, что на Земле очень мало благородных газов по сравнению с их распространенностью в космосе. Эти химические элементы очень инертны и не вступают в соединения, образующие тяжелые молекулы, которые уже не могут приобрести вторую космическую скорость и покинуть Землю. За сотни миллионов лет, прошедших после конденсации планеты, эти летучие компоненты, так же, как и свободный водород, улетели из атмосферы в космос.
Точный количественный состав вторичной бескислородной атмосферы неизвестен, но, как показали эксперименты, это не так уж и важно.
В конце 50-х гг. С. Л. Миллер провел ряд экспериментов по синтезу органических веществ, в частности аминокислот, из неорганических молекул СО, СО2, СН4, HCN, Н2О и т. д.
Суть экспериментов состояла в облучении ультрафиолетовым излучением от электрического разряда различных смесей газов, имитирующих различные составы вторичной атмосферы Земли. Эксперименты показали (см. рис. 7.2.), что по прошествии нескольких десятков часов в реакторе образовывался широкий спектр аминокислот, а при добавлении в реактор соединений серы удавалось получать и большие полимерные молекулы, состоящие из длинных углеводородных цепочек.
Сера, видимо, играла роль катализатора, а наличие ее в примитивной атмосфере в результате вулканической деятельности, не вызывает сомнений.
Рис. 7.2. Результаты опытов Миллера по синтезу аминокислот из смеси газов прототипа примитивной атмосферы Земли (изменение концентраций: 1 — аминокислот, 2— аммиака, 3— цианистого водорода, 4 — альдегидов) *)
Для образования сложных органических молекул в отсутствие кислорода необходимы внешние источники энергии в виде ультрафиолетового излучения с энергией квантов в несколько электронвольт.
г) Miller S.L. Formation of Organic Compounds on the Primitive Earth. The Origin of Life on Earth. — L.: Pergammon, 1959.
В 1966 г. американский биохимик С. Поннамперума получил подобные результаты при использовании в качестве источника ультрафиолетового излучения не электрическую искру, а кварцевые лампы. Эти эксперименты были важными с той точки зрения, что в условиях примитивной атмосферы гораздо больше энергии поступало не от грозовых разрядов, а от ультрафиолетового излучения Солнца, которое не поглощалось в бескислородной атмосфере.
Эти эксперименты показали, что если в среде присутствуют соединения простейших углеводородов, фосфора и серы вместе с набором некоторых микроэлементов вроде марганца железа и некоторых других, то материал для неорганического синтеза органических веществ обеспечен и практически не зависит от их относительного содержания.
Однако наличие свободного кислорода в атмосфере экранирует поверхность Земли от проникновения через атмосферу жесткого ультрафиолетового излучения Солнца и делает неорганический синтез невозможным. Такие реакции протекают под действием света с длиной волны меньше 210 нм.
На рис. 7.3. по оси ординат указана глубина проникновения ультрафиолетового излучения Солнца в спектральном интервале 5 нм, при которой его интенсивность не превышает 1 эрг/см2. Здесь учитывается общее поглощение водой, кислородом и озоном. Цифры у кривых соответствуют разному содержанию кислорода и равновесной с ним концентрации озона по отношению к его концентрации в атмосфере на сегодняшний день: 2 — 0,001, 3 — 0,005, 4 - 0,01, 5-0,1, 6- 1, 7- 10.
Следующим важным этапом в возникновении живых организмов из неживых органических веществ было образование структур типа мембран, которые позволили запустить механизм обмена веществ, сначала в виде процессов брожения, а затем и дыхания с использованием фотосинтеза.
Благодаря мембранам живое вещество может отличаться по составу и энергетическому уровню от окружающей среды.
Биохимики считают, что образование примитивных мембран могло начаться с выстраивания полярных молекул на поверхностях раздела воздух-вода или на поверхностно активных веществах.
Рис. 7.3. Зависимости величины проникновения через атмосферу коротковолнового излучения Солнца *)
В 1965 г. С. Граник опубликовал результаты своих экспериментов [1] [2]) по моделированию процессов фотосинтеза, где показал, как основные реакции фотосинтеза и дыхания (восстановление и окисление) могли осуществляться
на поверхностно активных веществах, существовавших на поверхности Земли.
Эти работы имели принципиальное значение и показали возможность возникновения процессов метаболизма (обмена веществ) путем эволюции простейших структур, построенных и из слоев полярных молекул.
Однако воспроизведение процессов фотосинтеза в живой материи остается все еще недоступным в лабораторных условиях. Решение этой проблемы является одной из важнейших задач биохимии, имеющих огромное практическое значение.
Следующая стадия эволюции жизни: приобретение сложными органическими молекулами способности к воспроизведению самих себя.
Эта стадия эволюции является самой сложной и началась на Земле спустя более миллиарда лет после конденсации планеты и происходила, скорее всего, параллельно с эволюцией преджизни в течении очень длительного периода времени, измеряемого сотнями миллионов лет с момента, когда произошел ее настоящий взрыв (примерно 1,8 млрд лет назад), связанный с возникновением фотосинтеза, приведшего к выделению свободного кислорода и изменению состава атмосферы Земли.
Занавес опустился. Ультрафиолетовое излучение Солнца стало поглощаться в верхних слоях атмосферы молекулами кислорода и озона, и неорганический синтез органического вещества стал невозможен.
Здесь следует отметить очень интересную особенность современной жизни.
В 1953 г. Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон поняли, как устроена суть живой материи — двойная спираль ДНК. По-видимому, именно ДНК — полимер, состоящий всего из 4-х видов основных структурных блоков — нуклеотидов и отличает живую материю от неживой.
За прошедшие 50 лет после открытия Крика и Уотсона человек достаточно подробно изучил основные процессы воспроизводства живой материи и механизмы наследственности, но до сих пор так и не сумел создать живую материю из неживой. О том, каким образом в процессе эволюции образовалась эта очень устойчивая молекулярная структура, мы пока можем только строить различные догадки. Если кому-то удастся разгадать эту самую великую тайну природы, он создаст новую науку, значение которой для существования жизни на Земле будет определяющим.
В заключение я приведу цитату из книги очень известного ученого — геолога, профессора государственного университета в Утрехте М. Руттена х).
«Жизнь есть макромолекулярная система, для которой характерна определенная иерархическая организация, а также способность к воспроизведению, обмен веществ и тщательно регулируемый поток энергии. Морфологически можно различать громадное число отдельных форм жизни — видов, родов и т. д. Напротив, биохимически вся современная жизнь во всех ее проявлениях очень однообразна: она основана всего на двух десятках аминокислот, входящих в нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и жиры, а также на менее распространенных соединениях, например фосфорных эфирах. Эти соединения могут быть очень разнообразны в деталях, но все они
г) Руттен М. Происхождение жизни (естественным путем) / под ред. акад. А. И. Опарина. — М.: Мир, 1973. С. 70.
взаимосвязаны и являются продуктами небольшого числа основных биохимических реакций. Все формы жизни, от кита, слона и растений до амебы и вируса, — все они основаны на поразительно небольшом наборе главных органических соединений. В любом организме всегда найдется что-нибудь съедобное для других. Это означает, что все живое имеет общее происхождение.
Возникает вполне естественный вопрос, который волновал умы еще самых древних философов и в конечном итоге привел человека к понятию божественного творения. Жизнь и материя — это две разные субстанции, созданные одновременно? Или это две стороны материи, которые могут взаимно влиять друг на друга, переходя одна в другую?
Он многого не знал. Биохимия сделала за истекшие сто лет огромный скачок в понимании строения живой материи, так что можно простить ему это определение, которое, с современной точки зрения, выглядит просто банальным.
Отличием живой материи от неживой является конечное время существования каждой отдельной особи, и неважно, амеба это или кит.
Время существования отдельной особи для данного вида организмов меняется очень незначительно (если не происходит какой-нибудь катастрофы). Однако время существования особей различных видов может различаться в десятки тысяч раз.
Так, микроорганизмы живут всего несколько десятков минут, некоторые виды насекомых — несколько часов (поденка), мелкие млекопитающие (крысы, мыши) — два-три года, собаки — 10-15 лет, лошадь — 30-35 лет, слон — около 100 лет, черепахи — 150-200 лет. Долго живут деревья: сосна — около 300 лет, дуб — 1500 лет, американская секвойя (является рекордсменом) — 4000 лет. Человеку отпущено около ста.
Однако что такое биологические часы, биологи и биохимики мне так толком и не объяснили. Сказать, что биологические часы — это скорость обмена веществ или накопление количества ошибок в генетическом коде, присущем данному виду организмов при переполнении памяти, это ровным счетом не сказать ничего, так как и то и другое является следствием чего-то другого, а не причиной.
Пока я убедился только в том, что биологи этого не понимают.
Эту задачу, задачу доктора Фауста, по-видимому, придется решать вашему поколению. Ее решение в корне изменит жизнь на этой планете, и я не уверен, что в лучшую сторону.
Первичная атмосфера Земли состояла главным образом из водяных паров, водорода и аммиака. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца водяные пары разлагались на водород и кислород. Водород в значительной части уходил в космическое пространство, кислород вступал в реакцию с аммиаком и образовывались азот и вода. В начале геологической истории Земля благодаря магнитосфере, изолировавшей её от солнечного ветра, создала вторичную собственную углекислую атмосферу. Углекислый газ поступал из недр при интенсивных вулканических извержениях. С появлением в конце палеозоя зеленых растений кислород стал поступать в атмосферу в результате разложения углекислого газа при фотосинтезе, и состав атмосферы принял современный вид. Современная атмосфера в значительной степени продукт живого вещества биосферы. Полное обновление кислорода планеты живым веществом происходит за 5200-5800 лет. Вся его масса усваивается живыми организмами приблизительно за 2 тыс. лет, вся углекислота – за 300-395 лет.
Состав первичной и современной атмосферы Земли
Состав земной атмосферы
В настоящее время
Углекислый газ СО2
Оксид углерода СО
Происхождение и эволюция атмосферы (по В.А. Вронскому и Г.В. Войткувичу)
Еще при первоначальном радиоактивном разогреве молодой Земли происходило выделение летучих веществ на поверхность, образовавших первичный океан и первичную атмосферу. Можно допустить, что первичная атмосфера нашей планеты по составу была близка к составу метеоритных и вулканических газов. В какой-то мере первичная атмосфера (содержание СО2 составляло 98%, аргона – 0,19%, азота – 1,5%) была аналогична атмосфере Венеры – планеты, которая по размерам наиболее близка к нашей планете.
Первичная атмосфера Земли имела восстановительный характер и была практически лишена свободного кислорода. Только незначительная его часть возникала в верхних слоях атмосферы в результате диссоциации молекул углекислого газа и воды. В настоящее время утвердилось общее мнение о том, что на определенном этапе развития Земли ее углекислая атмосфера перешла в азотно-кислородную. Однако остается неясным вопрос относительно времени и характера этого перехода – в какую эпоху истории биосферы произошел перелом, был ли он быстрым или постепенным.
В настоящее время получены данные о наличии свободного кислорода в докембрии. Присутствие высокоокисленных соединений железа в красных полосах железных руд докембрия свидетельствуют о наличии свободного кислорода. Увеличение его содержания в течение всей истории биосферы определялось путем построения соответствующих моделей различной степени достоверности (А.П. Виноградов, Г. Холленд, Дж. Уолкер, М. Шидловский и др.). По мнению А.П. Виноградова, состав атмосферы изменялся непрерывно и регулировался как процессами дегазации мантии, так и физико-химическими факторами, которые имели место на поверхности Земли, включая остывание и соответственно снижение температуры окружающей среды. Химическая эволюция атмосферы и гидросферы в прошлом была тесно связана в балансе их веществ.
В качестве основы для расчетов прошлого состава атмосферы принимается распространенность захороненного органического углерода, как прошедшего фотосинтетический этап в круговороте, связанный с высвобождением кислорода. При убывании дегазации мантии в течение геологической истории, общая масса осадочных горных пород постепенно приближалась к современной. При этом 4/5 углерода захоронялось в карбонатных породах, а 1/5 приходилась на органический углерод осадочных толщ. Исходя из этих предпосылок немецкий геохимик М. Шидловский рассчитал рост содержания свободного кислорода в течение геологической истории Земли. При этом было установлено, что примерно 39% всего кислорода, выделившегося при фотосинтезе, оказалось связанным в Fe2O3, 56% сосредоточилось в сульфатах SO4 2 - и 5% непрерывно остается в свободном состоянии в атмосфере Земли.
В раннем докембрии практически весь освобожденный кислород быстро поглощался земной корой при окислении, а также вулканическими сернистыми газами первичной атмосферы. Вероятно, что процессы образования полосчатых железистых кварцитов (джеспелитов) в раннем и среднем докембрии привели к поглощению значительной части свободного кислорода от фотосинтеза древней биосферы. Закисное железо в докембрийских морях явилось главным поглотителем кислорода, когда фотосинтезирующие морские организмы поставляли свободный молекулярный кислород непосредственно в водную среду. После того, как докембрийские океаны очистились от растворенного железа, свободный кислород стал накапливаться в гидросфере и затем в атмосфере.
Новый этап в истории биосферы характеризовался тем, что в атмосфере 2000-1800 млн. лет назад отмечалось увеличение количества свободного кислорода. Поэтому окисление железа переместилось на поверхность древних континентов в область коры выветривания, что и привело к формированию мощных древних красноцветных толщ. Поступление двухвалентного железа в океан уменьшилось и соответственно снизилось поглощение свободного кислорода морской средой. Все большее количество свободного кислорода стало поступать в атмосферу, где устанавливалось его постоянное содержание. В общем балансе атмосферного кислорода возросла роль биохимических процессов живого вещества биосферы. Современный этап в истории кислорода атмосферы Земли наступил с появлением растительного покрова на континентах. Это привело к значительному увеличению его содержания по сравнению с древней атмосферой нашей планеты.
Образование атмосферы. Первичная и вторичная атмосфера.
Образование атмосферы Земли началось в далекие времена - в протопланетный этап развития Земли, в период активных вулканических извержений с выбросом огромного количества газов. Позже, когда на Земле появились океаны
и биосфера, образование атмосферы продолжилось за счет газообмена между
водой, растениями, животными и продуктами их разложения.
В течение всей геологической истории атмосфера Земли претерпела ряд глубоких трансформаций.
Первичная атмосфера Земли. Восстановительная.
В состав первичной атмосферы Земли
на протопланетной стадии развития Земли (более 4,2 млрд л. н.) входили
преимущественно метан, аммиак и углекислый газ. Затем в результате
дегазации мантии Земли
и непрерывных процессов выветривания на поверхности земли, состав
первичной атмосферы Земли обогатился парами воды, соединениями углерода
(СO2, СО) и серы, а также сильными галогенными кислотами (НСI, НF, НI) и борной кислотой. Первичная атмосфера была очень тонкая.
Вторичная атмосфера Земли. Окислительная.
В дальнейшем первичная атмосфера стала
трансформироваться во вторичную. Это произошло в результате тех же
процессов выветривания, происходивших на поверхности земли,
вулканической и солнечной активности, а также вследствие
жизнедеятельности цианобактерий и сине-зеленых водорослей.
Результатом трансформации стало
разложение метана на водород и углекислоту, аммиака – на азот и водород.
В атмосфере Земли стали накапливаться углекислый газ и азот.
Сине-зеленые водоросли посредством
фотосинтеза стали вырабатывать кислород, который практически весь
тратился на окисление других газов и горных пород. В результате этого
аммиак окислился до молекулярного азота, метан и оксид углерода – до
углекислоты, сера и сероводород – до SO2 и SO3.
Таким образом, атмосфера из восстановительной постепенно превратилась в окислительную.
Образование и эволюция углекислого газа в первичной и вторичной атмосфере.
Источники углекислого газа на ранних этапах образования атмосферы:
- Окисление метана,
- Дегазация мантии Земли,
- Выветривание горных пород.
Содержание углекислоты в атмосфере ранней Земли было весьма значительно. Однако большая ее часть растворялась в водах гидросферы, где участвовала в постройке раковин различных водных организмов, биогенным путем превращаясь в карбонаты.
На рубеже протерозоя и палеозоя (ок. 600
млн. л.н.) содержание углекислого газа в атмосфере уменьшилось и
составило всего лишь десятые доли процента от общего объема газов в
атмосфере.
Современного уровня содержания в атмосфере углекислый газ достиг лишь 10-20 млн. лет назад.
Образование и эволюция кислорода в первичной и вторичной атмосфере.
Источники кислорода на ранних этапах образования атмосферы :
- Дегазация мантии Земли – практически весь кислород тратился на окислительные процессы.
- Фотодиссоциация воды (разложения на молекулы водорода и кислорода) в
атмосфере под действием ультрафиолетового излучения - в результате в
атмосфере появились свободные молекулы кислорода. - Переработка углекислоты в кислород эукариотами. Появление свободного
кислорода в атмосфере привело к гибели прокариот (приспособленных к
жизни в восстановительных условиях) и появлению эукариот
(приспособившихся жить в окислительной среде).
Изменение концентрации кислорода в атмосфере.
Архей - первая половина протерозоя
– концентрация кислорода 0,01% современного уровня (точка Юри).
Практически весь возникающий кислород расходовался на окисление железа и
серы. Это продолжалось до тех пор, пока все двухвалентное железо,
находящееся на поверхности земли, не окислилось. С этого момента
кислород стал накапливаться в атмосфере.
Вторая половина протерозоя – конец раннего венда – концентрация кислорода в атмосфере 0,1% от современного уровня (точка Пастера).
Поздний венд - силурийский период.
Свободный кислород стимулировал развитие жизни - анаэробный процесс
брожения сменился энергетически более перспективным и прогрессивным
кислородным метаболизмом. С этого момента накопление кислорода в
атмосфере происходило довольно быстро. Выход растений из моря на сушу
(450 млн. л. н.) привел к стабилизации уровня кислорода в атмосфере.
Середина мелового периода . Окончательная стабилизация концентрации кислорода в атмосфере связана с появлением цветковых растений (100 млн. л. н.).
Образование и эволюция азота в первичной и вторичной атмосфере.
Азот образовался на ранних стадиях
развития Земли за счет разложения аммиака. Связывание атмосферного азота
и захоронение его в морских осадках началось с появлением организмов.
После выхода живых организмов на сушу, азот стал захороняться и в
континентальных осадках. Процесс связывания азота особенно усилился с
появлением наземных растений.
Таким образом, состав атмосферы Земли
определял особенности жизнедеятельности организмов, способствовал их
эволюции, развитию и расселению по поверхности земли. Но в истории Земли
бывали порой и сбои в распределении газового состава. Причиной этого
служили различные катастрофы, которые не раз возникали в течение
криптозоя и фанерозоя. Эти сбои приводили к массовым вымираниям
органического мира.
Состав древней и современной атмосферы в процентном соотношении приведен в таблице 1.
Образование атмосферы Земли началось в далекие времена - в протопланетный этап развития Земли, в период активных вулканических извержений с выбросом огромного количества газов. Позже, когда на Земле появились океаны и биосфера, образование атмосферы продолжилось за счет газообмена между водой, растениями, животными и продуктами их разложения.
В течение всей геологической истории атмосфера Земли претерпела ряд глубоких трансформаций.
Первичная атмосфера Земли. Восстановительная.
В состав первичной атмосферы Земли на протопланетной стадии развития Земли (более 4,2 млрд л. н.) входили преимущественно метан, аммиак и углекислый газ. Затем в результате дегазации мантии Земли и непрерывных процессов выветривания на поверхности земли, состав первичной атмосферы Земли обогатился парами воды, соединениями углерода (СO2, СО) и серы, а также сильными галогенными кислотами (НСI, НF, НI) и борной кислотой. Первичная атмосфера была очень тонкая.
Вторичная атмосфера Земли. Окислительная.
В дальнейшем первичная атмосфера стала трансформироваться во вторичную. Это произошло в результате тех же процессов выветривания, происходивших на поверхности земли, вулканической и солнечной активности, а также вследствие жизнедеятельности цианобактерий и сине-зеленых водорослей.
Результатом трансформации стало разложение метана на водород и углекислоту, аммиака – на азот и водород. В атмосфере Земли стали накапливаться углекислый газ и азот.
Сине-зеленые водоросли посредством фотосинтеза стали вырабатывать кислород, который практически весь тратился на окисление других газов и горных пород. В результате этого аммиак окислился до молекулярного азота, метан и оксид углерода – до углекислоты, сера и сероводород – до SO2 и SO3.
Таким образом, атмосфера из восстановительной постепенно превратилась в окислительную.
Образование и эволюция углекислого газа в первичной и вторичной атмосфере.
Источники углекислого газа на ранних этапах образования атмосферы:
- Окисление метана,
- Дегазация мантии Земли,
- Выветривание горных пород.
Содержание углекислоты в атмосфере ранней Земли было весьма значительно. Однако большая ее часть растворялась в водах гидросферы, где участвовала в постройке раковин различных водных организмов, биогенным путем превращаясь в карбонаты.
На рубеже протерозоя и палеозоя (ок. 600 млн. л.н.) содержание углекислого газа в атмосфере уменьшилось и составило всего лишь десятые доли процента от общего объема газов в атмосфере.
Современного уровня содержания в атмосфере углекислый газ достиг лишь 10-20 млн. лет назад.
Образование и эволюция кислорода в первичной и вторичной атмосфере.
Источники кислорода на ранних этапах образования атмосферы :
- Дегазация мантии Земли – практически весь кислород тратился на окислительные процессы.
- Фотодиссоциация воды (разложения на молекулы водорода и кислорода) в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения - в результате в атмосфере появились свободные молекулы кислорода.
- Переработка углекислоты в кислород эукариотами. Появление свободного кислорода в атмосфере привело к гибели прокариот (приспособленных к жизни в восстановительных условиях) и появлению эукариот (приспособившихся жить в окислительной среде).
Изменение концентрации кислорода в атмосфере.
Архей - первая половина протерозоя – концентрация кислорода 0,01% современного уровня (точка Юри). Практически весь возникающий кислород расходовался на окисление железа и серы. Это продолжалось до тех пор, пока все двухвалентное железо, находящееся на поверхности земли, не окислилось. С этого момента кислород стал накапливаться в атмосфере.
Вторая половина протерозоя – конец раннего венда – концентрация кислорода в атмосфере 0,1% от современного уровня (точка Пастера).
Поздний венд - силурийский период. Свободный кислород стимулировал развитие жизни - анаэробный процесс брожения сменился энергетически более перспективным и прогрессивным кислородным метаболизмом. С этого момента накопление кислорода в атмосфере происходило довольно быстро. Выход растений из моря на сушу (450 млн. л. н.) привел к стабилизации уровня кислорода в атмосфере.
Середина мелового периода . Окончательная стабилизация концентрации кислорода в атмосфере связана с появлением цветковых растений (100 млн. л. н.).
Образование и эволюция азота в первичной и вторичной атмосфере.
Азот образовался на ранних стадиях развития Земли за счет разложения аммиака. Связывание атмосферного азота и захоронение его в морских осадках началось с появлением организмов. После выхода живых организмов на сушу, азот стал захороняться и в континентальных осадках. Процесс связывания азота особенно усилился с появлением наземных растений.
Таким образом, состав атмосферы Земли определял особенности жизнедеятельности организмов, способствовал их эволюции, развитию и расселению по поверхности земли. Но в истории Земли бывали порой и сбои в распределении газового состава. Причиной этого служили различные катастрофы, которые не раз возникали в течение криптозоя и фанерозоя. Эти сбои приводили к массовым вымираниям органического мира.
Состав древней и современной атмосферы в процентном соотношении приведен в таблице 1.
Таблица 1. Состав первичной и современной атмосферы Земли.
Читайте также: