Стадия 1 (3,85–2,45 млрд лет): O 2 в атмосфере практически отсутствует .
Этап 2 (2,45–1,85 млрд лет): O 2 образуется, но поглощается океанами и породами морского дна.
Стадия 3 (1,85–0,85 млрд лет): O 2 начинает газ из океанов, но поглощается поверхностью суши и образованием озонового слоя.
Стадии 4 и 5 (0,85 млрд. Лет): стоки O 2 заполняются, газ накапливается. [1]
Перед тем как фотосинтез развивались, атмосфера Земли не имели свободный кислород (O 2 ). [2] Фотосинтезирующие прокариотические организмы, которые производили O 2 в качестве побочного продукта, жили задолго до первого накопления свободного кислорода в атмосфере [3], возможно, уже 3,5 миллиарда лет назад. Кислород они производили бы быстро извлекали из океанов в результате выветривания сокращения минералов, [ править ] особенно железа . [1] Эта ржавчина привела к отложению оксида железа на дне океана с образованием полосчатых железных образований.. Таким образом, океаны заржавели и стали красными. Кислород начал оставаться в атмосфере в небольших количествах примерно за 50 миллионов лет до начала Великого события оксигенации . [4] Это массовое насыщение атмосферы кислородом привело к быстрому накоплению свободного кислорода. При нынешних темпах первичной продукции сегодняшняя концентрация кислорода может быть произведена фотосинтезирующими организмами через 2000 лет. [5] В отсутствие растений скорость производства кислорода при фотосинтезе была ниже в докембрии , и концентрация O 2достигнутые были менее 10% от сегодняшних и, вероятно, сильно колебались; кислород, возможно, даже снова исчез из атмосферы около 1,9 миллиарда лет назад . [6] Эти колебания концентрации кислорода не оказали прямого влияния на жизнь, массовые вымирания не наблюдались до появления сложной жизни в начале кембрийского периода, 541 миллион лет назад . [7] Наличие O
2предоставил жизни новые возможности. Аэробный метаболизм более эффективен, чем анаэробные пути, а присутствие кислорода создало новые возможности для исследования жизни. [8] [9] С начала кембрийского периода концентрация кислорода в атмосфере колебалась от 15% до 35% от атмосферного объема. [10] Максимум в 35% был достигнут к концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад), пика, который, возможно, способствовал появлению большого размера насекомых и земноводных в то время. [9] В то время как деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, влияют на относительные концентрации углекислого газа, их влияние на гораздо большую концентрацию кислорода менее значимо. [11]
Влияние на жизнь [ править ]
Великое событие оксигенации первым серьезным образом повлияло на ход эволюции. Из-за быстрого накопления кислорода в атмосфере многие организмы, которые не зависели от кислорода, погибли. [9] Концентрация кислорода в атмосфере часто упоминается как возможный фактор, способствующий крупномасштабным эволюционным явлениям, таким как происхождение многоклеточной биоты Ediacara , кембрийский взрыв , тенденции изменения размеров тела животных и другие события вымирания и диверсификации. . [9]
Большой размер насекомых и земноводных в каменноугольный период , когда концентрация кислорода в атмосфере достигала 35%, объясняется лимитирующей ролью диффузии в метаболизме этих организмов. [12] Но в эссе Холдейна [13] указывается, что это применимо только к насекомым. Однако биологическая основа этой корреляции не является твердой, и многие доказательства показывают, что концентрация кислорода не ограничивает размер у современных насекомых. [9] Нет никакой существенной корреляции между атмосферным кислородом и максимальным размером тела где-либо еще в геологической летописи. [9]Экологические ограничения могут лучше объяснить крошечный размер посткарбоновых стрекоз - например, появление летающих конкурентов, таких как птерозавры , птицы и летучие мыши. [9]
Повышение концентрации кислорода было названо одним из нескольких факторов эволюционной диверсификации, хотя физиологические аргументы, стоящие за такими аргументами, сомнительны, а закономерность между концентрацией кислорода и скоростью эволюции не очевидна. [9] Наиболее известная связь между кислородом и эволюцией происходит в конце последнего из оледенений Снежного кома , когда сложная многоклеточная жизнь впервые обнаруживается в летописи окаменелостей. При низких концентрациях кислорода и до развития азотфиксации биологически доступные соединения азота были в ограниченном количестве [14], и периодические «азотные кризисы» могли сделать океан неприветливым для жизни. [9]Значительные концентрации кислорода были лишь одной из предпосылок эволюции сложной жизни. [9] Модели, основанные на униформистских принципах (то есть экстраполяция современной динамики океана в глубокое время) предполагают, что такая концентрация была достигнута только непосредственно перед тем, как метазоа впервые появились в летописи окаменелостей. [9] Кроме того, бескислородные или иным образом химически «противные» океанические условия, которые напоминают те, которые, как предполагается, препятствуют повторному появлению макроскопической жизни, периодически возникают в раннем кембрии, а также в конце мелового периода - без видимого воздействия на формы жизни в это время. [9]Это может свидетельствовать о том, что геохимические признаки, обнаруженные в океанических отложениях, по-другому отражали атмосферу до кембрия - возможно, в результате принципиально иного способа круговорота питательных веществ в отсутствие планктиворов. [7] [9]
Богатая кислородом атмосфера может высвобождать фосфор и железо из горных пород в результате выветривания, и эти элементы затем становятся доступными для существования новых видов, метаболизм которых требует этих элементов в виде оксидов. [2]
Ссылки [ править ]
- ^ a b Голландия, HD (2006). «Оксигенация атмосферы и океанов» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 361 (1470): 903–915. DOI : 10.1098 / rstb.2006.1838 . PMC 1578726 . PMID 16754606 .
- ^ a b Циммер, Карл (3 октября 2013 г.). «Кислород Земли: загадка, которую легко принять на веру» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 3 октября 2013 года .
- ^ Dutkiewicz, A .; Volk, H .; Джордж, Южная Каролина; Ridley, J .; Бьюик, Р. (2006). «Биомаркеры гуронских нефтеносных флюидных включений: незагрязненная запись жизни до Великого окислительного события». Геология . 34 (6): 437. Bibcode : 2006Geo .... 34..437D . DOI : 10.1130 / G22360.1 .
- ^ Анбар, А .; Duan, Y .; Lyons, T .; Arnold, G .; Kendall, B .; Creaser, R .; Кауфман, А .; Gordon, G .; Scott, C .; Garvin, J .; Бьюик, Р. (2007). «Пахнет кислородом перед великим окислительным событием?». Наука . 317 (5846): 1903–1906. Bibcode : 2007Sci ... 317.1903A . DOI : 10.1126 / science.1140325 . PMID 17901330 . S2CID 25260892 .
- Перейти ↑ Dole, M. (1965). «Естественная история кислорода» . Журнал общей физиологии . 49 (1): Suppl: Supp5–27. DOI : 10.1085 / jgp.49.1.5 . PMC 2195461 . PMID 5859927 .
- ^ Frei, R .; Gaucher, C .; Poulton, SW; Кэнфилд, Делавэр (2009). «Колебания оксигенации докембрийской атмосферы, зарегистрированные изотопами хрома». Природа . 461 (7261): 250–253. Bibcode : 2009Natur.461..250F . DOI : 10,1038 / природа08266 . PMID 19741707 . S2CID 4373201 . Выложите резюме .
- ^ a b Баттерфилд, штат Нью-Джерси (2007). «Макроэволюция и макроэкология в глубокие времена» . Палеонтология . 50 (1): 41–55. DOI : 10.1111 / j.1475-4983.2006.00613.x . S2CID 59436643 .
- ^ Фриман, Скотт (2005). Биологические науки, 2-е . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон - Прентис-Холл С. 214, 586 . ISBN 978-0-13-140941-5.
- ^ Б с д е е г ч я J к л м Баттерфилд, штат Нью - Джерси (2009). «Кислород, животные и океаническая вентиляция: альтернативный взгляд». Геобиология . 7 (1): 1–7. DOI : 10.1111 / j.1472-4669.2009.00188.x . PMID 19200141 . S2CID 31074331 .
- Перейти ↑ Berner, RA (сентябрь 1999 г.). «Кислород атмосферы в фанерозое» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (20): 10955–10957. Bibcode : 1999PNAS ... 9610955B . DOI : 10.1073 / pnas.96.20.10955 . ISSN 0027-8424 . PMC 34224 . PMID 10500106 .
- ^ Эмсли, Джон (2001). «Кислород» . Природа Строительные блоки: AZ Руководство по элементам . Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. С. 297–304 . ISBN 978-0-19-850340-8.
- ^ Polet, Delyle (2011). «НАИБОЛЬШИЕ ОШИБКИ: ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, УПРАВЛЯЮЩИХ МАКСИМАЛЬНЫМ РАЗМЕРОМ НАСЕКОМЫХ» . 2 (1): 43–46. Цитировать журнал требует
|journal=( помощь ) - ^ Холдейн, JBS, О правильном размере , параграф 7
Внешние ссылки [ править ]
- Лейн, Ник (5 февраля 2010 г.). «Первое дыхание: миллиард лет борьбы Земли за кислород» . Новый ученый . № 2746.(требуется подписка)
- Циммер, Карл (3 октября 2013 г.). «Тайна кислорода Земли» . Нью-Йорк Таймс .
- Уорд, Питер Д. (2006). Из воздуха; динозавры, птицы и древняя атмосфера Земли . Джозеф Генри Пресс. ISBN 0-309-10061-5.; «Обзор книги Питера Уорда« Из воздуха » . Новый ученый .
