Unser Planet ist ein komplexes System, das sich seit mehr als 4,5 Milliarden Jahren dynamisch entwickelt. Alle Komponenten dieses Systems (Festkörper der Erde, Hydrosphäre, Atmosphäre, Biosphäre), die miteinander interagieren, verändern sich ständig in einer komplexen, manchmal nicht offensichtlichen Beziehung. Die moderne Erde ist ein Zwischenergebnis dieser langen Evolution.
Eine der wichtigsten Komponenten des Systems Erde ist die Atmosphäre, die in direktem Kontakt mit der Lithosphäre, der Wasserhülle, der Biosphäre und der Sonnenstrahlung steht. In einigen Stadien der Entwicklung unseres Planeten hat die Atmosphäre sehr bedeutende Veränderungen mit weitreichenden Folgen erfahren. Eine solche globale Veränderung wird als Sauerstoffkatastrophe bezeichnet. Die Bedeutung dieses Ereignisses in der Erdgeschichte ist außerordentlich groß. Schließlich war mit ihm die weitere Entwicklung des Lebens auf dem Planeten verbunden.
Was ist eine Sauerstoffkatastrophe
Der Begriff entstand zu Beginn der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, als ausgehend von der Untersuchung der Prozesse der präkambrischen SedimentationSchlussfolgerung über den sprunghaften Anstieg des Sauerstoffgeh alts auf bis zu 1 % seiner aktuellen Menge (Pasteur-Punkte). Dadurch nahm die Atmosphäre einen stetig oxidierenden Charakter an. Dies wiederum führte zur Entwicklung von Lebensformen, die statt enzymatischer Fermentation (Glykolyse) eine viel effizientere Sauerstoffatmung nutzen.
Die moderne Forschung hat die zuvor bestehende Theorie erheblich verfeinert und gezeigt, dass der Sauerstoffgeh alt auf der Erde sowohl vor als auch nach der Grenze zwischen Archaikum und Proterozoikum erheblich schwankte und im Allgemeinen die Geschichte der Atmosphäre viel komplizierter ist als zuvor dachte.
Antike Atmosphäre und Aktivitäten des primitiven Lebens
Die primäre Zusammensetzung der Atmosphäre kann nicht mit absoluter Genauigkeit festgestellt werden, und es war unwahrscheinlich, dass sie in dieser Zeit konstant war, aber es ist klar, dass sie auf vulkanischen Gasen und den Produkten ihrer Wechselwirkung mit den Gesteinen beruhte der Erdoberfläche. Es ist bezeichnend, dass unter ihnen kein Sauerstoff sein kann - es ist kein vulkanisches Produkt. Die frühe Atmosphäre war also erholsam. Nahezu der gesamte Luftsauerstoff ist biogenen Ursprungs.
Geochemische und Einstrahlungsbedingungen trugen wahrscheinlich zur Bildung von Matten bei - geschichtete Gemeinschaften prokaryotischer Organismen, von denen einige bereits Photosynthese betreiben konnten (zuerst anoxygen, beispielsweise auf der Basis von Schwefelwasserstoff). Ziemlich bald, offenbar schon in der ersten Hälfte des Archaikums, beherrschten Cyanobakterien die hochenergetische Sauerstoffphotosynthese,der zum Schuldigen des Prozesses wurde, der den Namen Sauerstoffkatastrophe auf der Erde erhielt.
Wasser, Atmosphäre und Sauerstoff im Archaikum
Es ist zu bedenken, dass sich die Urlandschaft vor allem dadurch auszeichnete, dass es aufgrund der intensiven Erosion des Landes aufgrund fehlender Pflanzen kaum legitim ist, für die damalige Zeit von einer stabilen Land-Meer-Grenze zu sprechen. Es wäre richtiger, sich weite Gebiete vorzustellen, die oft von einer sehr instabilen Küstenlinie überflutet sind, so waren die Bedingungen für die Existenz von Cyanobakterienmatten.
Der von ihnen freigesetzte Sauerstoff - Abfallprodukte - gelangte in den Ozean und in die unteren und dann in die oberen Schichten der Erdatmosphäre. In Wasser oxidierte er gelöste Metalle, vor allem Eisen, in der Atmosphäre – die Gase, die darin enth alten waren. Darüber hinaus wurde es für die Oxidation organischer Stoffe aufgewendet. Es kam zu keiner Anreicherung von Sauerstoff, es kam nur zu lokalen Konzentrationserhöhungen.
Lange Aufbau einer oxidierenden Atmosphäre
Gegenwärtig ist der Sauerstoffschub am Ende des Archaikums mit Änderungen im tektonischen Regime der Erde (Bildung der echten kontinentalen Kruste und Bildung der Plattentektonik) und der durch vulkanische Aktivität verursachten Änderung der Natur verbunden Sie. Dies führte zu einem Rückgang des Treibhauseffekts und einer langen Huronenvereisung, die 2,1 bis 2,4 Milliarden Jahre dauerte. Es ist auch bekannt, dass dem Sprung (vor etwa 2 Milliarden Jahren) ein Absinken des Sauerstoffgeh alts folgte, dessen Gründe noch unklar sind.
Fast während des gesamten Proterozoikums, bis vor 800 Millionen Jahren, schwankte die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre, blieb aber im Mittel sehr gering, wenn auch schon höher als im Archaikum. Es wird angenommen, dass eine solch instabile Zusammensetzung der Atmosphäre nicht nur mit biologischer Aktivität, sondern auch in hohem Maße mit tektonischen Phänomenen und dem Regime des Vulkanismus zusammenhängt. Wir können sagen, dass sich die Sauerstoffkatastrophe in der Geschichte der Erde über fast 2 Milliarden Jahre erstreckte - es war weniger ein Ereignis als vielmehr ein langer komplexer Prozess.
Leben und Sauerstoff
Das Auftreten von freiem Sauerstoff im Ozean und in der Atmosphäre als Nebenprodukt der Photosynthese hat zur Entwicklung aerober Organismen geführt, die in der Lage sind, dieses giftige Gas zu assimilieren und im Leben zu nutzen. Dies erklärt zum Teil die Tatsache, dass sich Sauerstoff nicht über einen so langen Zeitraum angesammelt hat: Lebensformen erschienen ziemlich schnell, um ihn zu nutzen.
Der Sauerstoffausbruch an der Archaikum-Proterozoikum-Grenze korreliert mit dem sogenannten Lomagundi-Yatulian Event, einer Isotopenanomalie von Kohlenstoff, die den organischen Kreislauf durchlaufen hat. Es ist möglich, dass dieser Anstieg zum Aufstieg des frühen aeroben Lebens führte, wie die Francville-Biota vor etwa 2,1 Milliarden Jahren zeigt, die angeblich die ersten primitiven mehrzelligen Organismen auf der Erde umfasst.
Bald fiel der Sauerstoffgeh alt, wie bereits erwähnt, ab und schwankte dann um ziemlich niedrige Werte. Vielleicht ein Lebensblitz, der einen erhöhten Sauerstoffverbrauch verursacht hat,der noch sehr klein war, spielte in diesem Herbst eine gewisse Rolle? In Zukunft würden jedoch gewisse „Sauerstofftaschen“entstehen, in denen aerobes Leben ganz bequem existierte und immer wieder versuchte, „die vielzellige Ebene zu erreichen“.
Folgen und Bedeutung der Sauerstoffkatastrophe
Also waren die globalen Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre, wie sich herausstellte, nicht katastrophal. Die Folgen davon haben unseren Planeten jedoch wirklich radikal verändert.
Es entstanden Lebensformen, die ihre Lebenstätigkeit auf hocheffizienter Sauerstoffatmung aufbauen, was die Voraussetzungen für die spätere qualitative Komplikation der Biosphäre schuf. Dies wiederum wäre ohne die Bildung der Ozonschicht der Erdatmosphäre nicht möglich gewesen - eine weitere Folge des Auftretens von freiem Sauerstoff darin.
Außerdem konnten sich viele anaerobe Organismen nicht an die Anwesenheit dieses aggressiven Gases in ihrem Lebensraum anpassen und starben aus, während andere gezwungen waren, sich auf die Existenz in sauerstofffreien "Taschen" zu beschränken. Nach dem bildlichen Ausdruck des sowjetischen und russischen Wissenschaftlers, des Mikrobiologen G. A. Zavarzin, wurde die Biosphäre infolge der Sauerstoffkatastrophe „umgekrempelt“. Die Folge davon war das zweite große Sauerstoffereignis am Ende des Proterozoikums, das zur endgültigen Bildung vielzelligen Lebens führte.
