โลกของเราเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งมีการพัฒนาแบบไดนามิกมากว่า 4.5 พันล้านปี ส่วนประกอบทั้งหมดของระบบนี้ (ร่างกายที่แข็งของโลก, ไฮโดรสเฟียร์, บรรยากาศ, ชีวมณฑล) ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในความสัมพันธ์ที่ซับซ้อน บางครั้งอาจไม่ชัดเจน โลกสมัยใหม่เป็นผลจากวิวัฒนาการที่ยาวนาน
องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของระบบที่โลกคือ - ชั้นบรรยากาศซึ่งสัมผัสโดยตรงกับเปลือกโลก เปลือกน้ำ กับชีวมณฑล และรังสีดวงอาทิตย์ ในบางช่วงของการพัฒนาโลกของเรา ชั้นบรรยากาศได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญมากพร้อมกับผลที่ตามมาในวงกว้าง การเปลี่ยนแปลงระดับโลกอย่างหนึ่งที่เรียกว่าภัยพิบัติจากออกซิเจน ความสำคัญของเหตุการณ์นี้ในประวัติศาสตร์ของโลกนั้นยิ่งใหญ่มาก ท้ายที่สุด การพัฒนาต่อไปของสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ก็เชื่อมโยงกับเขา
ภัยพิบัติจากออกซิเจนคืออะไร
คำนี้เกิดขึ้นเมื่อต้นครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 เมื่ออิงจากการศึกษากระบวนการตกตะกอนพรีแคมเบรียนข้อสรุปเกี่ยวกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณออกซิเจนอย่างกะทันหันถึง 1% ของปริมาณปัจจุบัน (คะแนนปาสเตอร์) เป็นผลให้บรรยากาศมีคุณลักษณะออกซิไดซ์อย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนารูปแบบชีวิตที่ใช้การหายใจด้วยออกซิเจนอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการหมักด้วยเอนไซม์ (ไกลโคไลซิส)
การวิจัยสมัยใหม่ได้ปรับแต่งทฤษฎีที่มีอยู่ก่อนหน้านี้อย่างมีนัยสำคัญ แสดงให้เห็นว่าปริมาณออกซิเจนบนโลกทั้งก่อนและหลังขอบเขต ความคิด
บรรยากาศโบราณและกิจกรรมชีวิตดึกดำบรรพ์
องค์ประกอบหลักของชั้นบรรยากาศไม่สามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำ และไม่น่าเป็นไปได้ที่มันจะคงที่ในยุคนั้น แต่เป็นที่แน่ชัดว่าองค์ประกอบนี้มีพื้นฐานมาจากก๊าซภูเขาไฟและผลิตภัณฑ์จากการมีปฏิสัมพันธ์กับหิน ของพื้นผิวโลก เป็นสิ่งสำคัญที่ในหมู่พวกเขาไม่มีออกซิเจน - ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์จากภูเขาไฟ บรรยากาศในช่วงแรกจึงได้รับการบูรณะ ออกซิเจนในบรรยากาศเกือบทั้งหมดมีแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ
สภาพธรณีเคมีและสภาพอากาศร้อนจัดอาจมีส่วนทำให้เกิดการก่อตัวของเสื่อ - ชุมชนชั้นของสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอต และบางส่วนก็สามารถทำการสังเคราะห์ด้วยแสงได้แล้ว (เช่น การเกิด anoxygenic ครั้งแรก บนพื้นฐานของไฮโดรเจนซัลไฟด์) ในไม่ช้า เห็นได้ชัดว่าในช่วงครึ่งแรกของ Archean ไซยาโนแบคทีเรียเชี่ยวชาญการสังเคราะห์ด้วยแสงออกซิเจนที่มีพลังงานสูงซึ่งกลายเป็นต้นเหตุของกระบวนการที่ได้รับชื่อภัยพิบัติออกซิเจนบนโลก
น้ำ บรรยากาศ และออกซิเจนใน Archean
ต้องจำไว้ว่าภูมิทัศน์ดึกดำบรรพ์มีความโดดเด่นในขั้นต้นโดยข้อเท็จจริงที่ว่ามันแทบจะไม่ถูกต้องตามกฎหมายที่จะพูดถึงขอบเขตทางบกและทางทะเลที่มั่นคงในยุคนั้นเนื่องจากการกัดเซาะอย่างรุนแรงของที่ดินเนื่องจากการขาดแคลนพืช. คงจะถูกต้องกว่าถ้าจะจินตนาการว่าพื้นที่กว้างใหญ่ที่มักถูกน้ำท่วมด้วยแนวชายฝั่งที่ไม่แน่นอนสูง เช่น เงื่อนไขของการดำรงอยู่ของเสื่อไซยาโนแบคทีเรีย
ออกซิเจนที่ปล่อยออกมา - ของเสีย - เข้าสู่มหาสมุทรและลงสู่เบื้องล่าง จากนั้นจึงเข้าสู่ชั้นบนของชั้นบรรยากาศของโลก ในน้ำ เขาออกซิไดซ์โลหะที่ละลายได้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเหล็ก ในบรรยากาศ ซึ่งเป็นก๊าซที่เป็นส่วนหนึ่งของโลหะนั้น นอกจากนี้ยังใช้ไปกับการเกิดออกซิเดชันของอินทรียวัตถุ ไม่มีการสะสมของออกซิเจน มีเพียงความเข้มข้นในท้องถิ่นที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น
สร้างบรรยากาศออกซิไดซ์มาอย่างยาวนาน
ปัจจุบันคลื่นออกซิเจนที่ปลาย Archean มีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในระบอบการแปรสัณฐานของโลก (การก่อตัวของเปลือกโลกจริงและการก่อตัวของเปลือกโลกของแผ่นเปลือกโลก) และการเปลี่ยนแปลงในธรรมชาติของกิจกรรมภูเขาไฟที่เกิดจาก พวกเขา. ส่งผลให้ปรากฏการณ์เรือนกระจกลดลงและการเกิดน้ำแข็งในฮูรอนเป็นเวลานาน ซึ่งกินเวลาจาก 2.1 เป็น 2.4 พันล้านปี เป็นที่ทราบกันดีว่าการกระโดด (ประมาณ 2 พันล้านปีก่อน) ตามมาด้วยปริมาณออกซิเจนที่ลดลง สาเหตุที่ยังไม่ชัดเจน
ในช่วง Proterozoic เกือบทั้งหมด เมื่อ 800 ล้านปีก่อน ความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศผันผวน อย่างไรก็ตาม โดยเฉลี่ยต่ำมาก แม้ว่าจะสูงกว่าใน Archean แล้วก็ตาม สันนิษฐานว่าองค์ประกอบที่ไม่เสถียรของชั้นบรรยากาศนั้นไม่เพียงเกี่ยวข้องกับกิจกรรมทางชีวภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปรากฏการณ์เปลือกโลกและระบอบภูเขาไฟด้วย เราสามารถพูดได้ว่าหายนะของออกซิเจนในประวัติศาสตร์โลกยาวนานเกือบ 2 พันล้านปี ซึ่งไม่ใช่เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนเป็นเวลานาน
ชีวิตและออกซิเจน
การปรากฏตัวของออกซิเจนอิสระในมหาสมุทรและบรรยากาศเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงได้นำไปสู่การพัฒนาของสิ่งมีชีวิตแอโรบิกที่สามารถดูดซึมและใช้ก๊าซพิษนี้ในชีวิต ส่วนนี้อธิบายข้อเท็จจริงที่ว่าออกซิเจนไม่ได้สะสมเป็นเวลานานเช่นนี้ รูปแบบชีวิตค่อนข้างจะรวดเร็วในการใช้ออกซิเจน
การระเบิดของออกซิเจนที่ขอบเขต Archean-Proterozoic สัมพันธ์กับเหตุการณ์ที่เรียกว่า Lomagundi-Yatulian ซึ่งเป็นไอโซโทปผิดปกติของคาร์บอนที่ผ่านวงจรอินทรีย์ เป็นไปได้ว่าการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วนี้นำไปสู่ชีวิตแอโรบิกในช่วงเริ่มต้น ดังที่ตัวอย่างโดยสิ่งมีชีวิต Francville ที่มีอายุประมาณ 2.1 พันล้านปีก่อน ซึ่งรวมถึงสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ดึกดำบรรพ์กลุ่มแรกที่คาดคะเนไว้บนโลก
ในเร็วๆ นี้ ปริมาณออกซิเจนลดลงและผันผวนตามค่าที่ค่อนข้างต่ำ อาจเป็นแสงวาบแห่งชีวิตที่ทำให้การบริโภคออกซิเจนเพิ่มขึ้นซึ่งยังเล็กมากมีบทบาทบางอย่างในฤดูใบไม้ร่วงนี้? อย่างไรก็ตาม ในอนาคต "กระเป๋าออกซิเจน" บางประเภทจะต้องเกิดขึ้น ซึ่งชีวิตแบบแอโรบิกนั้นค่อนข้างสะดวกสบายและพยายาม "เข้าถึงระดับเซลล์หลายเซลล์" ซ้ำแล้วซ้ำเล่า
ผลที่ตามมาและความสำคัญของภัยพิบัติออกซิเจน
ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของโลกในองค์ประกอบของบรรยากาศจึงไม่เป็นหายนะ อย่างไรก็ตาม ผลที่ตามมาได้เปลี่ยนแปลงโลกของเราอย่างสิ้นเชิง
รูปแบบชีวิตที่สร้างกิจกรรมชีวิตของพวกเขาด้วยการหายใจด้วยออกซิเจนที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งสร้างเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับภาวะแทรกซ้อนเชิงคุณภาพที่ตามมาของชีวมณฑล ในทางกลับกัน มันจะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีการก่อตัวของชั้นโอโซนในชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่งเป็นผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งของการปรากฏตัวของออกซิเจนอิสระในนั้น
นอกจากนี้ สิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช้ออกซิเจนจำนวนมากไม่สามารถปรับตัวให้เข้ากับการปรากฏตัวของก๊าซที่ก้าวร้าวในถิ่นที่อยู่ของพวกมันและตายได้ ในขณะที่ตัวอื่นๆ ถูกบังคับให้จำกัดตัวเองให้อยู่ใน "กระเป๋า" ที่ปราศจากออกซิเจน ตามที่นักจุลชีววิทยา G. A. Zavarzin พรรณนาโดยอุปมาอุปมัยของนักวิทยาศาสตร์โซเวียตและรัสเซีย ชีวมณฑล "กลับกลายเป็นภายใน" อันเป็นผลมาจากหายนะของออกซิเจน ผลที่ตามมาคือเหตุการณ์ออกซิเจนครั้งใหญ่ครั้งที่สองที่ปลาย Proterozoic ซึ่งส่งผลให้เกิดชีวิตหลายเซลล์ในขั้นสุดท้าย