Влияние кислорода на процессы, происходящие в атмосфере. - Эволюция атмосферы

Кислород в атмосферу поступал в основном из двух источников: за счет биогенного фотосинтеза и процесса восстановления углерода из углекислого газа, а также благодаря фотодиссоциации паров воды жестким излучением Солнца (второй механизм в основном работал только в докембрии, когда еще не существовало озонового слоя в стратосфере). Однако подавляюще большая часть освобождавшегося в докембрии кислорода уходила на окисление железа и серы. Напомним, что в первичном веществе Земли содержалось около 13 % свободного (металлического) и около 24 % двухвалентного железа [11, 13] . К рубежу протерозоя и фанерозоя все это железо и большая часть его окислов уже переместилась в земное ядро. Но в докембрии это железо, благодаря конвективным движениям вещества мантии, еще поступало в рифтовые зоны Земли, где оно контактировало с океаническими водами, окислялось в них до двухвалентного состояния и разносилось по всем акваториям океана. Поглощая кислород из океанических вод и атмосферы, двухвалентное железо затем переходило в трехвалентное состояние и осаждалось в виде гигантских залежей докембрийских железорудных формаций. Весьма вероятно, что отложение магнетитовых руд при этом происходило с участием железобактерий, восстанавливавших трехвалентное железо до стехиометрии магнетита [8, 26] . В результате парциальное давление кислорода в докембрийской атмосфере оставалось исключительно низким. Судя по геохимическим данным, например, в эпоху массового отложения уранинитов и пиритов формаций типа Витватерсранда (2,4 ? 2,1 млрд. лет назад), парциальное давление кислорода не должно было превышать 10? 6 атм. [22] . В эпохи же массовых отложений железорудных формаций 2,8 ? 2,6 и 2,2 ? 2,0 млрд. лет назад парциальное давление кислорода могло понижаться до 10? 8 ? 10? 9 атм. Однако, с постепенным переходом металлического железа и большей части его окислов из мантии в растущее земное ядро, парциальное давление кислорода в атмосфере постепенно повышалось.

Появление свободного кислорода в земной атмосфере, безусловно, должно было стимулировать эволюцию жизни и возникновение новых ее форм с более совершенным метаболизмом. По палеонтологическим данным известно, что в среднем протерозое в изобилии встречаются эукариотные одноклеточные водоросли. Но для их развития уже требуется небольшое количество растворенного в воде кислорода ? около 10? 3 его современной концентрации. Еще одной реперной точкой, по-видимому, является момент появления многоклеточных организмов царства животных. Находки наиболее древних метазоа, как известно, были сделаны в отложениях нижнего венда возрастом около 680 млн. лет (эдиакаровая фауна южной Австралии). Но для организмов царства животных характерен активный обмен веществ, использующий кислородное дыхание. Поэтому появление метазоа могло произойти только при повышении парциального давления кислорода выше некоторого критического уровня "точки Пастера", приблизительно равного 10? 2 современного уровня, при котором анаэробный процесс брожения сменяется энергетически более выгодным кислородным метаболизмом.

Важно отметить, что время достижения кислородным давлением уровня Пастера и появления первых многоклеточных животных близко совпадает с моментом полного исчезновения из мантии металлического железа [11, 13] ? главного поглотителя свободного кислорода во внешних геосферах Земли. После этого момента дальнейшее накопление кислорода в земной атмосфере должно было происходить очень быстро, вплоть до достижения некоторого равновесного уровня, регулируемого скоростями генерации кислорода, захоронения органического углерода и реакций окисления органических веществ в деятельном слое биосферы. Сегодня этот уровень, по-видимому, отвечает равновесному парциальному давлению кислорода в современной атмосфере ? 234,5 мбар (вероятно, он оставался близким к этому значению и в течение последних 200 млн. лет господства на Земле цветковых растений).

Похожие статьи




Влияние кислорода на процессы, происходящие в атмосфере. - Эволюция атмосферы

Предыдущая | Следующая