Oxigén forradalom és hógolyó

Oxigén forradalom és hógolyó

Szergej Yastrebov
"Kémia és élet" №9, 2016

A sorozat további cikkei: "Hét küszöb az élet történetében" (№ 8, 2016).

Kétszárnyú kard2

A molekuláris oxigén biológiai tulajdonságai (O2) legalább kétszer. Az oxigén egy erős oxidálószer, amellyel sok hasznos energiát kaphat, ugyanakkor erős méreg, amely szabadon átjut a sejtmembránokon keresztül, és elpusztítja a sejteket, ha nem kezelik gondosan. Néha azt mondják, hogy az oxigén egy kétélű kard (Jelenlegi biológia, 2009, 19, 14, R567-R574). Minden oxigénnel foglalkozó szervezetnek speciális enzimrendszerekkel is rendelkeznie kell, amelyek kimoshatják kémiai hatását. Azok, akiknek nincsenek ilyen enzimrendszereik, szigorúan anaerobokra vágynak, és csak oxigéntől mentes környezetben élnek. A modern Földön ezek a baktériumok és archaea.

A Földön minden oxigén biogén eredetű, vagyis az élőlények szabadulnak fel (természetesen most szabad oxigénről beszélünk, nem pedig az egyéb molekulákat alkotó oxigénatomokról). Fő forrás O2 – Ez oxigén fotoszintézis; Egyszerűen nincsenek olyan ismert reakciók, amelyek képesek hasonló mennyiségben adni.Az iskolai biológiából tudjuk, hogy a fotoszintézis glükóz szintézisnek nevezik6H12O6 szén-dioxid CO2 és víz H2O, a fény energiája által előidézve. A fő "főszereplő" itt a széndioxid, amelyet víz nyer vissza; az oxigén ebben a reakcióban nem más, mint melléktermék, hulladék. Kevésbé ismert, hogy a fotoszintézis nem vezethet oxigén szabaduláshoz, ha a víz helyett más anyagot használ redukálószerként – pl. Hidrogén-szulfid H2S, szabad hidrogén H2 vagy néhány vas vegyület; ilyen fotoszintézist oxigénmentesnek neveznek, több különböző lehetőség van rá.

Szinte minden bizonnyal az oxigénmentes fotoszintézis sokkal korábban jelent meg, mint az oxigén. Ezért az élet első milliárd évében (és valószínűleg hosszabb ideig) a fotoszintézis, bár elment, nem okozott telítettséget a Föld atmoszférájával oxigénnel. Az atmoszférában az akkori oxigéntartalom nem volt több, mint a modernek 0,001% -a – egyszerűen beszélt, ez azt jelenti, hogy nem igazán volt ott.

Minden megváltozott, amikor kék zöld algák, vagy cianobaktériumok jöttek a helyszínre.Ezt követően ezek a lények az eukarióta sejtek fotoszintetikus organellái, plasztidok ősei lettek (emlékeztetnek arra, hogy az eukarióták nukleáris sejtekkel rendelkező prokariótákkal ellentétben sejtmaggal rendelkező organizmusok. A cianobaktériumok egy nagyon ősi evolúciós ág. A földi történelem normái meglepően változatlanok. Például a kék-zöld algás oszcillátor, amely széles körben elterjedt a modern víztestekben (Oscillatoria) 800 millió évvel ezelőtti fosszilis rokonokkal rendelkezik, és gyakorlatilag megkülönböztethetetlenek a modern oszcillátoroktól (Cyanobacteria II ökológia, űrben és időben való sokféleségük, Springer, 2012, 15-36). Így az oszcillátor lenyűgöző példa egy élő fosszíliára. De az első cianobaktériumok sokkal korábban jelentek meg, mint ezt – ezt paleontológiai adatok is megerősítik.

Tipikus cianobaktériák – az oszcillátor – és ősi rokonai: a modern kék-zöld algák a különböző fajok a nemzetség Oscillatoria (ésb), fosszilis kék zöld alga Oscillatoriopsis breviconvexa ésCephalophytarion grande (a, g) a Bitter Springs ausztráliai helyéről, amelynek életkora körülbelül 800 millió év. A hasonlóság annyira nagy, hogy ezek az ősi algák nem tulajdoníthatók külön nemzeteknek

Eleinte a cianobaktériumok nem voltak számtalanak, mert az általuk elsajátított oxigén fotoszintézis nem jelentett komoly előnyöket az oxigéntől mentesnek, mint a többi mikrobák csoportja. De ezeknek a mikrobáknak a kémiai állapota fokozatosan megváltozott. Eljött az a pillanat, amikor az oxigénmentes fotoszintézis "nyersanyagai" egyszerűen megszűntek. Aztán a cianobaktériumok órája csapódott.

Az oxigén fotoszintézisnek nagy előnye van – a kezdeti redukálószer (víz) teljesen korlátlan ellátása és egy nagy hátránya – a melléktermék (oxigén) magas toxicitása. Nem meglepő, hogy először ilyen típusú csere nem volt "népszerű". De az egyéb szubsztrátumok legcsekélyebb hiányánál, a víz kivételével, az oxigén fotoszintézis tulajdonosainak azonnal el kell érniük a versenyelőnyt, ami megtörtént. Ezt követően körülbelül egy milliárd évnyi korszak jött, amikor a Föld megjelenését elsősorban cianobaktériumok határozzák meg. Nemrég azt is felajánlották, hogy nem hivatalos módon hívják meg a becsületüket "cianóz" (M. Barbieri, Code Biology, New Life Science, Springer, 2015, 75-91).

Az oxigén koncentrációjának változása a Föld légkörében. Első éles emelkedés – ez az oxigén forradalom

A cianobaktériumok miatt 2,4 milliárd évvel ezelőtt kezdődött az oxigénforrás, oxigén katasztrófa vagy a Nagy Oxidatív Esemény (Nagy oxidációs esemény, GOE). Szigorúan az esemény nem volt sem azonnali, sem teljesen egyedi (természet, 2014, 506, 7488, 307-315). Az oxigén koncentráció rövid rázkódása, az "oxigén lélegzetek", korábban történtek, paleontológiailag rögzítették. Még 2,4 milliárd évvel ezelőtt történt valami új dolog. Rövid idő alatt (a földi történelem normái szerint) (több tízmillió évvel ezelőtt) az oxigén koncentrációja a légkörben mintegy ezer alkalommal nőtt és ezen a szinten maradt; soha nem esett vissza a korábbi jelentéktelen értékeire. A bioszféra visszafordíthatatlanul oxigén lett.

Az ősi prokarióták túlnyomó többségénél az ilyen oxigénszint halálos volt. Nem meglepő, hogy az oxigén forradalom első eredménye tömeges kihalás volt. A túlélők túlnyomó többsége sikerült olyan enzimeket létrehozni, amelyek megvédik az oxigént, és néha még vastag sejtfalak is (beleértve a cianobaktériumokat is). Okkal feltételezhető, hogy az "új oxigén világ" első 100-200 millió évében az oxigén az élő szervezetekre csak mérgezés volt, és semmi több. De akkor megváltozott a helyzet.A biotak az oxigén kihívásra adott válasza a baktériumok megjelenése volt, amelyek oxigént tartalmaztak a glükóz bomlástermékeinek láncolatában, és így energia felhasználásra kezdték.

Azonnal kiderült, hogy az energiatervben a glükóz (légzés) oxigén oxidációja sokkal hatékonyabb, mint az oxigénmentes (fermentáció). Glükózmolekulánként többszörös szabad energiát ad, mint bármely tetszőlegesen bonyolult oxigénmentes csere. Ugyanakkor a glükózbontás kezdeti stádiumai a légzés és az erjedés felhasználásában továbbra is gyakoriak voltak: az oxigén-oxidáció csak a meglévő biokémiai mechanizmus feletti felépítményként szolgált, amely maga nem volt oxigénnel.

A mikrobák egy csoportja, amely a kockázatos, de hatékony energiatermelést elsajátította az oxigén használatával, proteobaktériumnak nevezik. A most általánosan elfogadott elmélet szerint ezekből származnak az eukarióta sejtek légzőszervi szervezetei – a mitokondriumok.

A genetikai adatok szerint a mitokondriumok legközelebbi modern rokona a lila spirál alfa proteobacterium. Rhodospirillum rubrum (Molekuláris biológia és evolúció2004, 21, 9, 1643-1660).A Rhospirillum légzéssel, erjesztéssel és oxigénmentes fotoszintézistel rendelkezik, amelyben hidrogén-szulfidot használnak víz helyett, és a külső körülmények függvényében válthatnak e három típusú csere között. Kétségtelen, hogy egy ilyen szimbióta – vagyis ebben az esetben a belső partner – nagyon hasznos volt az eukarióták őse számára.

Ráadásul sok modern tudós úgy véli, hogy a proteobaktériumok – a mitokondriumok ősei – az ősi régészek szimbiózisa az eukarióta sejtek kialakulásának lendületét jelentette (Evgeny Kunin, Case logic M .: Tsentrpoligraf, 2014). Ezt a hipotézist "korai mitokondriálisnak" nevezik. Azt javasolja, hogy a jövőbeli eukarióta sejtek citoplazmába és magba való elosztása csak a proteobaktérium szimbiont bejuttatása után következett be. Az idősebb "késői mitokondriális" forgatókönyv, amely szerint a proteobaktériumot egyszerűen egy kész eukarióta sejt (egy önálló archea sejtből származik) lenyelte, most kevésbé valószínű. Valójában mindkét sejt, mind az archaeal, mind a proteobacterium, komolyan "összeállt" az egyesítés folyamatában, és egyfajta kiméra új tulajdonságokkal járt.Ez a kiméra eukarióta sejt; molekuláris komponensei archaeal és proteobakterialnogo eredetű erősen kevert, között oszlik meg egy funkciót ( „paleontológiai Journal”, 2005, 4, 3-18). Proteobaktériumok nélkül eukarióták nem keletkeztek. Ez azt jelenti, hogy megjelenésük az oxigén forradalom közvetlen következménye volt.

Ennek fényében nem is tűnik olyan túlzó szavak két nagy modern tudósok, paleontológusok és geológusok: „Mindenki egyetért abban, hogy az evolúció a kék-zöld alga volt a legjelentősebb biológiai események ezen a bolygón (még fontosabb, mint a fejlesztési eukarióta sejtek és a megjelenése többsejtű élőlények)” (. Peter Ward, Joe Kirschvink New története eredete a földi élet SPb :. ID "Péter", 2016). Sőt, a jól ismert világ az állatok és a növények ma nem létezne, ha nem lenne okozta cianobaktériumok és válság.

Életszakaszok

Az egész története a Föld négy nagy a különbség, az úgynevezett évmilliók (ami magasabb, mint a kor). A nevek ilyen évmilliók: hadaikum vagy gadey (4,6-4,0 milliárd évvel ezelőtt) archeákat (4,0-2,5 milliárd évvel ezelőtt), Proterozoic (2,5-0,54 milliárd évvel ezelőtt), és fanerozoikumra (0,54 milliárd évvel ezelőtt kezdődött és folytatódik).Ez a részleg folyamatosan segít nekünk, ez nagyon kényelmes. Tegyük fel, hogy szinte minden ilyen esetben nem érdemes megemlíteni az időhatárokat, hanem az ezekhez kapcsolódó korszakok és események sorrendjét: ez sokkal fontosabb. Kivételt lehet tenni, kivéve két vagy három alap dátumot, például a Föld korát.

A Katarhei az úgynevezett előtti dogológiai korszak, amelyből "normális" kőzetek nem maradnak, rétegekbe rendezve. Az egymást követő rétegek összehasonlításán alapuló klasszikus geológiai és paleontológiai módszerek nem működnek ott. A katarheából maradt tárgyak többnyire apró cirkószemek, amelyekben az állítólag biogén szén nemrégiben megtalálható. Nagyon keveset tudunk a katarheyskoy életről (ha volt).

Az Archeanban a Föld prokariótákhoz tartozik – baktériumok és archaea (csak nincs szükség zavarodottságra, a gyökerek egybeesése a geológiai korszak nevében "archaea" és a mikrobák csoportja "archaea" valójában baleset). Az Archean és a Proterozoik határa az oxigén forradalomot megelőző egyik erős "oxigén lélegzet" idejére esik. A nagyon oxigén forradalom a Proterozoic kezdetén történt.

A proterozoikus az oxigén és az eukarióták korszaka. Érdekes paradoxon kapcsolódik a társkereső eukariótákhoz. Az a tény, hogy többé-kevésbé megbízhatóan definiálható multicelluláris eukarióták sokkal előbb szerepelnek a fosszilis rekordban, mint ugyanazon megbízhatóan meghatározható egysejtűek. Szálas alga Grypania spiralis, amely általánosan eukariót jelent, 2,1 milliárd évvel ezelőtt jelent meg (Australasian Journal of Paleontology, 2016, doi: 10.1080 / 03115518.2016.1127725). A méltányosságon azt kell mondani, hogy az influenza eukarióta jellegének fő oka a nagy méret – az összes többi jel nem ad bizalmat, hogy ez nem óriási cianobaktérium (paleontológia, 2015, 58, 1, 5-17). De az a tény, hogy ez a találat nem az egyetlen. A legősibb ismert eukarióta ma már gombafajta. Diskagma buttonii 2,2 milliárd évesPrecambriás kutatás, 235, 71-87 (2013)]. És akkor vannak rejtélyes nagy spirál alakú lények – valószínűleg algák, amelyeknek kora legalább 2,1 milliárd éves, mint az influenza esetén (természet, 2010, 466, 7302, 100-104). De a legkorábbi egyetlen sejt, egyedülállóan eukariótákként definiált, csak 1,6 milliárd éves (A Királyi Társaság filozófiai tranzakciói B2006, 361, 1470, 1023-1038]. Ez természetesen nem jelenti azt, hogy a többsejtes eukarióták korábban megjelentek, mint az egysejtek – ez a feltételezés ellentmond az összes rendelkezésre álló molekuláris adatnak.Egyetlen cellás, csak rosszabb megőrzött, és a jelek, amellyel meghatározhatja a testet, kevésbé vannak.

A legrégebbi ismert eukarióta titokzatos szervezet. Diskagma buttonii 2,2 milliárd éves. Ez hasonlít a modern glomeromycetes szerkezetéhez – a kék-zöld algákkal szimbiózisban élő primitív gombák.

Ennek ellenére igen fontos következtetések vonhatók le az ilyen jellegű kudarcokból. Emlékezzünk arra, hogy az oxigén forradalom időpontja 2,4 milliárd évvel ezelőtt történt. Ezért tudjuk, hogy csak 200 millió évvel az után, nem csak eukarióták, hanem többsejtű eukarióták jelennek meg a fosszilis rekordban. Ez azt jelenti, hogy az eukarióták evolúciójának első szakaszait a világtörténelem normái nagyon gyorsan elfogadták. Természetesen időbe telt, hogy az eukarióta sejtek szimbiózisokat alakítsanak ki a mitokondriumok őseivel, létrehozzanak egy magot, megnehezítik a citoszkeletonokat – a tartószerkezetek intracelluláris rendszerét. De amikor ezek a folyamatok véget értek, az első többsejtű organizmusok szinte azonnal létrejöhettek. Ez nem igényelt semmilyen további eszközt a sejt szintjén. Valamennyi eukarióta sejt már rendelkezik egy teljes molekuláris elemcsaláddal, amely ahhoz szükséges, hogy egy többsejtű testet ki tudjon építeni az ilyen sejtekből (legalább viszonylag egyszerű).Természetesen ezek az elemek nem kevésbé hasznosak egyetlen cella életében, különben egyszerűen nem merültek fel. Kétségtelen, hogy az eukarióták közös õsei egysejtûek voltak, és sok leszármazottja soha nem használt többcellás struktúrát. Példák a modern egysejtes eukarióta – amóba, euglena, ciliates – tudjuk, hogy az iskolai tankönyvek, de valójában még sok más.

Az oxigén forradalomnak is volt egy másik fontos következménye, ami befolyásolja a légkör összetételét. Az Archean atmoszférában sok nitrogén volt (mint most), valamint szén-dioxid és metán (sokkal több, mint most). A szén-dioxid és a metán nagyon jól elnyeli az infravörös sugárzást, és így megőrzi a Föld légkörében a hőt, megakadályozva ezzel a térbe jutását. Ezt nevezik üvegházhatásnak. Ráadásul úgy vélik, hogy a metán üvegházhatása legalább 20-30-szor erősebb, mint a szén-dioxidé. Archean időkben a Föld légkörében körülbelül 1000-szer több metán volt, mint most, és ez meglehetősen meleg éghajlat volt.

Ezzel is zavarja a csillagászatot. A csillagok evolúciójának általánosan elfogadott elmélete szerint a Nap fényereje lassan, de folyamatosan növekszik.Az Archeánban a jelenlegi 70-80% -a volt – világos, hogy az üvegházhatás miért fontos a bolygó melegének megőrzése szempontjából. De az oxigén forradalom után a légkör oxidálódott és szinte minden metán (CH4) széndioxidra (CO2), amelynek hatékonysága üvegházgázként jóval alacsonyabb. Ez okozta a katasztrofális Huron-glaciációt, amely körülbelül 100 millió évig tartott, és bizonyos pontokon az egész Földet fedte le: olyan földterületeken, amelyek csak néhány fokkal az egyenlítőtől voltak, gleccserek nyomai találtak (A Nemzeti Tudományos Akadémia (USA) munkássága USA2005, 102, 32, 11131-11136). A Huron-glaciáció csúcsa 2,3 milliárd évvel ezelőtt volt. Szerencsére a gleccselés nem tudta megállítani a Föld köpenyének tektonikai aktivitását; A vulkánok szén-dioxidot bocsátottak ki a légkörbe, és idővel eléggé felhalmozódtak ahhoz, hogy visszaállítsák az üvegházhatást és elolvassák a jeget.

A legfontosabb éghajlati tesztek azonban még mindig elmaradtak.

A "unalmas milliárd"

Az úgynevezett "unalmas milliárd év" (Borzalmas milliárd). Ebben az időben nem volt glaciáció, nem volt hirtelen változás a légkör összetételében, sem bioszféra zavargások. Az eukarióta algák az óceánokban éltek, fokozatosan felszabadítva az oxigént.A világ saját módján változatos és összetett volt. Például az "unalmas milliárd" korszakából ismeretesek a többcsatornás vörös és sárga-zöld algák, meglepően hasonlóak modern rokonukhoz (A Királyi Társaság filozófiai tranzakciói B2006, 361, 1470, 1023-1038]. Jelenik meg ebben az időben és gombák (Paleobiológiai, 31, 1, 165-182 (2005)]. De nincs többsejtű állatok az "unalmas milliárd években". Óvatosan fogunk lenni: a jelenlegi pillanatban senki nem mondhatja abszolút bizonyossággal, hogy nem volt többcellaú állatok, de a témában szereplő összes adat leginkább ellentmondásos (Precambriás kutatás, 2013, 235, 71-87).

Biota "unalmas milliárd év": és – víz gomba Tappania 1,4 milliárd éves;b – közelítsünk a tapana hifáihoz; szerkezetük azt mutatja, hogy valóban igen tipikus gomba, a – vörös alga Bangiomorpha 1,2 milliárd év, nem hivatkozva többé, és nem kevesebb, mint a modern bangiyev leválás, egy másik nagyszerű példa egy élő fosszilis

Mi a baj? Ez azt az elképzelést sugallja, hogy a multicellularitás mint sokkal inkább összeegyeztethető a növény életmódjával, mint az állat. Bármely növényi sejt egy merev sejtfalba van zárva, és kétségtelen, hogy ez nagymértékben megkönnyíti a sejtek viszonylagos helyzetének szabályozását egy komplex testben.Éppen ellenkezőleg, az állati sejteket megfosztják a sejtfalról, formájuk instabil, sőt folyamatosan változik a fagocitózis, vagyis az élelmiszer-részecskék felszívódása révén. Az egész szervezet összegyűjtése az ilyen sejtekből nehéz feladat. Ha egyáltalán nem jelentek meg multicelluláris állatok, és a növények vagy gombák képviselői biológusokká váltak, valószínűleg a probléma tanulmányozása után arra a következtetésre jutottak volna, hogy a multicellularitás kombinációja a sejtfal távollétével egyszerűen lehetetlen. Mindenesetre ez megmagyarázza, hogy miért többször fordult elő multicellularitás az algák különböző csoportjaiban, de csak egyszer állatokon.

Van egy másik ötlet. 1959-ben a kanadai zoológus, John Ralph Nercell az állatoknak a fosszilis rekordokban való megjelenését hirtelen (ahogy azt azelőtt gondolták) az oxigén koncentrációjának növekedésében a légkörbentermészet1959, 183, 4669, 1170-1172). Az állatok általában rendelkeznek aktív mobilitással, amely annyi energiát igényel, hogy oxigénes légzés nélkül nem képesek. És sok oxigénre van szüksége. És a korszak a "unalmas milliárd" tartalom Oh2 a légkörben szinte biztosan nem éri el a jelenlegi szint 10% -át – olyan minimum, amelyet gyakran szükségesnek tartanak az állatok életének fenntartásához. Igaz, ez a gyanúsan kerek szám valószínűleg eltúlzott (A Nemzeti Tudományos Akadémia (USA) munkássága USA, 2014, 111, 11, 4168-4172). Az ilyen fenntartások azonban nem akadályozzák meg abban, hogy felismerjük, hogy Nercell régi gondolata legalább nem ellentmond a modern adatoknak: a többsejtű állatok fejlődésének becsült kezdete nagyon közel van, de időben egybeesik a proterozoikusok végén az atmoszferikus oxigén koncentrációjának új növekedésével (Az ökológia, az evolúció és a szisztematika éves áttekintése, 2015, 46, 215-235). Egyszerűen nem lehet olyan tényező, amely megkönnyítette az állatok megjelenését: a végén, annál több oxigént, annál jobb. Nem szükséges csupán az oxigénfaktor szigorúan egyedi jellegét figyelembe venni. Ne feledjük, hogy azokban az idõkben, amikor az oxigén bõséges lett, nem tapasztalták ismételt kísérleteket az állatfaj multicellularitásának megteremtésére. Ez a kísérlet csak egyszer sikeres volt a természet számára.

Az "unalmas milliárd év" hangulatos kora hosszú időbe telhet, ha a földrajz nem zavarja a biológiát. A drámai események, melyeket maga a bolygó vált hősnek, fél évszázadra vonzotta a tudósok figyelmét, de csak 15 évvel ezelőtt képesek voltak rájuk információval többé-kevésbé koherens képet alkotni. Vessünk egy pillantást ezen a képen, kezdve, amint lehet, az elejétől fogva.

1964-ben az angol geológus, Brian Harland kiadta a cikkethogy minden kontinensen mindenhol vannak nyomaik az ókori gleccserekből, amelyek ugyanabból az időből származnak – a késő proterozoik. A 60-as évek elején a geológusok megtudták, hogyan határozzák meg a kontinensek múltbeli pozícióját a kőzetek mágnesezésével kapcsolatos adatok felhasználásával. Harland összegyűjtötte ezeket az adatokat, és látta, hogy csak egyféleképpen lehet magyarázni: feltéve, hogy a késő proterozoikus glaciáció egyszerre fedte le a Föld minden földrajzi szélességét, vagyis egész planetáris. Más hipotézisek még kevésbé voltak meggyőzőek (pl. A pólusok hihetetlen gyors mozgását kellene feltételezni, hogy minden földterület egy polár kupakkal legyen lefedve). Ahogyan Sherlock Holmes a Jonathan Small keresésében azt mondta, "tedd le minden lehetetlenet, a maradék lesz a válasz, bármennyire hihetetlen is lehet." Ezt tette Harland. Az általa írt részletes cikk és egy társszerző nem érzi magát semmilyen érzésnek – a tényeket és a következtetéseket egyszerűen őszintén fejezik ki (Tudományos amerikai1964, 211, 2, 28-36). Mindazonáltal a bolygó-glaciáció hipotézise túl nagy volt a legtöbb tudós számára.

Szó szerint ugyanabban az évben a híres geofizikus, Leningrad Mikhail Ivanovics Budyko vette át a glaciáció elméletét. Felhívta a figyelmet arra a tényre, hogy a glaciáció fejlődhet.A jégtakaró nagy visszatükröződéssel (albedo) rendelkezik, így minél nagyobb a gleccserek teljes területe, annál nagyobb a napsugárzás aránya az űrbe visszaverődve, hővel együtt. És annál kevésbé a Föld kapja a hőt, annál hidegebb lesz, és ennek következtében a jégtakaró területe növekszik, még tovább növelve az albedót. Kiderül, hogy a glaciáció egy pozitív visszacsatolással járó folyamat, vagyis képes felerősíteni magát. Ebben az esetben a gleccselésnek kritikus szintje kell hogy legyen, majd az addig növekszik, amíg az északi és déli pólusoktól származó jéghullámok össze nem állnak az egyenlítőn, és teljesen lezárják a bolygót a jégtakaróban, és több tíz fokkal csökkentik a hőmérsékletet. Budyko matematikailag azt mutatta, hogy ilyen fejlődés lehetséges (Tellus1969, 21, 5, 611-619). De nem tudta, hogy a Föld történetében többször is történt! Mert ebben az időben Budyko és Harland még nem olvastak egymást.

Havas talaj

Most, amit Harland fedezett fel, gyakran nevezik a "Hó-föld" korszakának (Hógolyó föld). Úgy tűnik, tényleg bolygó volt.És fő oka a széndioxid-koncentráció csökkenésének köszönhetően az üvegházhatás gyengülése (amely a legfontosabb üvegházhatást okozó gázgá vált, miután az oxigén "elfogyasztotta" a metánt). A fotoszintézis és a légzés valószínűleg nem hibáztatható. Ha a Föld biota elrendelte maga az oxigén forradalmat, most egy olyan külső tényező áldozata volt, amely teljesen biológiai jellegű.

Az a tény, hogy a szén-dioxid forgalma sokkal kevésbé függ az élőlényektől, mint az oxigénforgalom. A légköri CO fő forrása2 vulkánkitörések még mindig léteznek a Földön, és a fő mosogató a kémiai időjárásnak nevezett folyamat. A széndioxid kölcsönhatásba lép a sziklákkal, megsemmisítve azokat, és ezzel egy időben karbonátokká alakul (HCO ionok3 vagy CO32−). Az utóbbi vízben jól oldódik, de már nem a légkör része. És kiderül, rendkívül egyszerű függőség. Ha a vulkánok intenzitása meghaladja a kémiai időjárási viszonyok intenzitását, a CO atmoszférikus koncentrációja2 növekszik. Ellenkező esetben – esik.

Az "unalmas milliárd" végén 800 millió évvel ezelőtt a Föld szinte az összes földje az egyetlen szuperkontinensnek volt része, Rodinia néven.Egy jól ismert geológus szerint az óriás szuperkontinensek, mint a Föld társadalmi történetében nagy birodalmak, mindig bizonytalanok voltak (V. E. Khain, M. G. Lomize, Geotektonika a geodinamika alapjaival M: MGU, 1995). Ezért nem meglepő, hogy Rodinia elkezdett feltörni. A hibák szélei mentén megszilárdult a kitört bazalt, amely azonnal kémiai időjárási viszonyokké vált. Ezután nem volt talaj, és az időjárási termékek könnyen bontódtak az óceánba. Végül Rodinia hét vagy nyolc apró (Ausztrália méretű) kontinensre oszlott, amelyek elkezdtek elszakadni. CO fogyasztás2 a bazalt időjárása miatt a légkör szintjének csökkenése vezetett.

A vulkanizmus, amellyel a szuperkontinens összeomlása elkerülhetetlenül kísért, kompenzálta volna ezt, ha nem véletlenül. A kontinentális sodródás néhány furcsasága miatt mind Rodinia, mind a fragmensei az egyenlítőben találhatók, egy meleg övben, ahol a kémiai időjárási viszonyok különösen gyorsak voltak. A matematikai modellek azt mutatják, hogy ezért a CO2 alá esik a küszöb alatt, ahol a glaciáció megkezdődik (természet, 2004, 428, 6980, 303-306).És amikor elkezdődött, túl késő volt ahhoz, hogy megállítsa az időjárást.

El kell ismerni, hogy a kontinensek helyzete a késő Proterozoikban a szerencsétlennek (a bolygó lakói szempontjából) lehetett. A kontinensek sodródását a Föld köpenyének anyagáramai szabályozzák, amelyek dinamikája valójában ismeretlen. De tudjuk, hogy ebben az esetben ezek a patakok összeszedték az egész szárazföldi földet egyetlen kontinensen, amely pontosan az Egyenlítőn helyezkedik el, és szélességben meghosszabbodott. Ha az egyik póluson volt, vagy északról dél felé nyúlt, akkor az elején a gleccserek bezárják a sziklák egy részét az időjárástól, és ezzel megakadályozzák a szén-dioxidot a légkörből, majd lelassulhat a folyamat. Csak egy olyan helyzetet látunk most, amikor Antarktisz és Grönland jégtakaró van (Tudományos amerikai1999, 9, 38). És a Proterozoik végén szinte minden nagy földterület közel volt az Egyenlítőhöz – és csupasz volt, amíg az északi és a déli jégtakaró le nem zárul. A föld jéglabda lett.

Valójában a Hógolyó Föld legalább három epizódja volt. Az első közülük a Huron-glaciációhoz tartozott (ami, mint emlékszünk, nem a szén-dioxid miatt, hanem a metán miatt történt). Aztán több mint egymilliárd évig nem volt glaciáció.Ezután két további bolygó-gleccsort választottak el egy rövid szünettel, amelyek közül az egyik körülbelül 60 millió évig tartott, a másik pedig körülbelül 15 millió évig. Ez volt a felfedezése Brian Harland. A gleccséseket lefedő geológiai időszakot cryogenicnak nevezik (ez a Proterozoic része).

A "hógolyó" jellegzetes epizódjának dinamikája a kriogén globális glaciáció első (Sturt) fázisának példáján

A kriogén vadvilágról keveset tudunk. Az éghajlat az egész Földön a mai standardok szerint Antarktisz volt. A világ óceánjának legnagyobb része egy jégtökméretű réteg volt, így a fotoszintézis intenzitása nem lehet magas. A fény, amely hirtelen a legértékesebb erőforrássá vált, csak óriási helyeken csapódott át az óceánon, repedéseken, polnyákon vagy apró foltokon keresztül. Meglepő módon néhány multicelluláris szervezet képes volt túlélni a kriogéneket, anélkül, hogy egyáltalán megváltozna – például a vörös algák. Még most is olyan gyenge fényt alkalmaznak, amely ilyen mélységbe behatol, ahol más fotoszintetikus lény már nem él (Yu. T. Diakov, Bevezetés az algológiához és a mikológiához, Moszkva: MGU, 2000).Senki sem ment, egyetlen cellás plankton. A kriogén óceán oxigéntartalma drasztikusan csökkent, így az alján lévő élet valószínűleg túlnyomórészt anaerob, de ennek részletei még mindig el vannak rejtve tőlünk.

A hógolyó epizódok vége is drámai a maga módján. A bolygó-gleccselések során a nagy mennyiségű szén-dioxid felszívódásával kapcsolatos folyamatok szó szerint megfagytak. Közben a vulkánok (akinek munkáját senki sem állította meg) elhagyták és elhajták a CO.2 a légkörbe, fokozatosan koncentrálva hatalmas mennyiségeket. Egy pillanatra a jégtakaró már nem tudott ellenállni az üvegházhatásnak, és elkezdődött egy lavina-szerű folyamat a bolygó felmelegedésére. Szó szerint több ezer év alatt – vagyis geológiailag egy pillanatban – az összes jég megolvadt, a felszabadult víz elárasztotta a földterület jelentős részét sekély marginális tengerekkel, és a földfelszín hőmérséklete a számítások szerint 50 ° C-ra ugrott (Műszaki és tudomány, 2005, 4, 10-20). És csak ezután kezdődött el a Föld fokozatos visszatérése a "normális" extraglaciális állapotba. A kriogén folyamán ez az egész ciklus legalább kétszer fejezõdött be.

Folytatás a következő számban.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: