Назовите причины по которым земная атмосфера обогатилась кислородом кратко
Обновлено: 02.07.2024
Как считается, кислородный тип атмосферы Земли возник главным образом в результате деятельности растений. В воде биологические процессы начались около 3,8 млрд лет назад. Через 1 млрд лет содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от современного, и лишь 1,4 млрд лет назад, когда в земной коре стали образовываться красноцветные толщи гранита, оно превысило эту величину. Около 550 млн лет назад (в кембрийский период) в воде появились многоклеточные организмы с наружным скелетом и роющие животные, а содержание кислорода в атмосфере подошло к 10% от современного, не превышая 2,1% ее состава.
Рубеж около 400 млн лет назад связан со стремительным ростом содержания атмосферного кислорода. Это привело к появлению первых наземных растений, которые сами начали выделять кислород. Однако за 150 млн лет до этого события количество кислорода в атмосфере каким-то образом увеличилось в 10 раз, и она более чем на 1/5 стала кислородной.
Задание 26 № 11300
Какие организмы первыми обеспечили образование кислорода в атмосфере и как повлияло накопление кислорода на дальнейшую эволюцию жизни на Земле?
1) повышение концентрации кислорода в атмосфере произошло благодаря возникновению у одноклеточных организмов (цианобактерий) способности к фотосинтезу;
2) накопление кислорода сделало возможным появление аэробов и кислородного этапа энергетического обмена;
3) накопление кислорода обеспечило образование защитного озонового экрана и выход организмов на сушу;
4) кислородное окисление обеспечило эффективность обмена и появление многоклеточных организмов
Совершенно недавно изыскатели из Германии установили, что на формование концентрации кислорода в атмосфере повлияло удлинение земных суток – фактическое торможение вращения планеты в процессе ее развития. Это стало причиной более плодотворного фотосинтеза и привело к кислородной трансформации на Земле. Более подробно о возникновении кислорода в земной атмосфере – далее.
Причина замедления Земли
На скорость кручения Земли воздействует Луна – наш природный спутник. Скорость вращения планеты под его влиянием незаметно замедляется, а это ведет к тому, что сутки с каждым годом становятся немного длиннее – за столетие почти на 2 миллисекунды.
Мы не замечаем этих изменений, но общее воздействие этого процесса на нашу жизнь реально настолько несущественно, что им можно пренебречь. И все же в течение пары миллионов лет эти нажитые миллисекунды реализовали заметное воздействие на земную биосферу. Столь ощутимое, что, вероятно, именно они и стали причиной одного из самых значительных изменений в истории Земли – возникновения кислородной атмосферы.
Процесс трансформации
Ученые думают, что начало главным событиям было положено примерно 2,4 млрд лет назад или даже ранее. В то время возникли фотосинтезирующие цианобактерии, выделяющие кислород, который заполнял воздух, в океане растворялся, оседал в минеральных образованиях. Судя по данным изысканиям, в этой кислородной эволюции важную роль сыграла длительность суток.
На вероятную связь экспертов натолкнули бактерии, живущие в провале Миддл-Айленд (Middle Island Sinkhole) – подводной природной каверне на озере Гурон (Северная Америка). Там условия реально экстремальные:
- в воде весьма малая концентрация кислорода;
- вода значительно насыщена серой.
Дно водоема покрыто огромными колониями микробов-экстремофилов, которые формуют бактериальные многослойные покрывала. Цианобактерии в них уживаются вместе с бактериями, редуцирующими сульфат и производящими при помощи него в темноте энергию.
Открытие исследователей
Ученые установили, что ночью сульфатредукторы поднимаются к поверхности бактериального покрывала, а днем им на смену приходят цианобактерии, занимающиеся фотосинтезом. Этот круговорот взаимосвязан с борьбой микробов за доступ к поверхности покрывала, где осуществляется интенсивный обмен энергией и субстанциями с внешней средой. И все же суточная смена одних бактерий иными длится пару часов. В итоге у цианобактерий остается мало времени на реализацию процессов. Но чем длиннее становились сутки, тем дольше они могли вырабатывать кислород.
Эксперимент ученых
Чтобы эту гипотезу проверить, ученые применили сведения с датчиков, размещенных в провале Миддл-Айленд. Также они протестировали образцы бактерий, доставленные в лабораторию. На этой основе эксперты получили модель, которая продемонстрировала зависимость выработки кислорода от частоты смены темных и светлых периодов.
Эксперимент показал, что продление дня может резко усилить действенность работы цианобактерий, что, вероятно, и случилось в эпоху кислородной революции.
На сегодняшний день 21% воздуха, которым мы дышим, состоит из молекулярного кислорода. Но этот газ не всегда был в таком количестве, не всегда мог поддерживать жизнь — более того, практически отсутствовал в атмосфере в первые 2 миллиарда лет истории Земли. Когда же кислород впервые начал собираться на Земле?
Ученые Массачусетского технологического института нашли ответ. В работе, опубликованной на днях в Science Advances, группа ученых сообщила о том, что атмосфера Земли испытала первый ощутимый и необратимый впрыск кислорода примерно 2,33 миллиарда лет назад. Этот период ознаменовал начало Великой оксигенации — события, после которого кислород начал свое победоносное наступление на Землю.
Ученые также определили, что этот первоначальный рост атмосферного кислорода, хоть и небольшой, произошел всего за 1-10 миллионов лет и вызвал череду событий, которые впоследствии привели к распространению многоклеточной жизни.
В воздухе запахло кислородом
Все изменилось с периодом Великой оксигенации, который положил начало постоянному присутствию кислорода в атмосфере. Предыдущие оценки помещали начало ВО на уровне около 2,3 миллиарда лет назад с неопределенностью от десятков или сотен миллионов лет.
Вынужденный переход
Чтобы точно определить время протекания ВО, коллеги Саммонса сначала проанализировали породы того периода в поисках конкретного рисунка изотопа серы. Когда вулканы извергаются, они выбрасывают серные газы, которые могут химически и изотопно разделяться под воздействием ультрафиолетового излучения. Структура изотопов, образующихся в этом процессе, зависит от того, присутствовал ли кислород выше определенного порога или же нет.
Ученые пытались выделить крупный переход в определенной картине изотопа серия — масс-независимую фракцию изотопов серы (S-MIF), дабы определить, когда кислород впервые появился в атмосфере Земли. Для этого они изучали осадочный керн, собранный в ходе экспедиции ученых в Южную Африку.
Там он взял образцы из остальной части осадочного керна и у двух поблизости и выяснил, что переход S-MIF — означающий перманентное преодоление кислородом вышеупомянутого порога — произошел 2,33 миллиарда лет назад, плюс-минус 7 миллионов лет. Неопределенность гораздо ниже, если сравнивать с предыдущими оценками.
Также ученые обнаружили большое фракционирование изотопов серы-34, что указывает на повышение уровня морских сульфатов в это же время. Такой сульфат должен был появиться вследствие реакции между атмосферным кислородом с сульфидными минералами на суше, а также с диоксидом серы из вулканов. Затем этот сульфат использовался обитателями океана, сульфат-дышащими бактериями, с производством определенной картины серы-34 в нижележащих слоях осадочных пород, которые были датированы между 1 и 10 миллионами лет после перехода S-MIF.
Эти результаты свидетельствуют о том, что первоначальное накопление кислорода в атмосфере было относительно быстрым. С момента своего первого появления 2,33 миллиарда лет назад, кислород накапливался в достаточно высоких концентрациях, чтобы оказывать выветривающий эффект на породы уже через 10 миллионов лет. Этот процесс выветривания выщелачивал больше сульфата и некоторых металлов в воду и, следовательно, в океаны. Саммонс указывает на то, что прошло некоторое время, прежде чем земная система достигла стабильного состояния путем захоронения органического углерода и превысила порог кислорода, необходимого для дальнейшего стимулирования биологической эволюции.
Кроме того, нужно понять, почему эти наши 21% кислорода в атмосфере остаются такими стабильными достаточно долгое время.
Читайте также: