На ранней стадии развития Вселенной не было ни звезд, ни планет. Космос был даже не первозданной материей молекул или атомов, а раскаленным элементом электронов, протонов и нейтронов. Только с замедлением расширения, вызванного Большим взрывом, Вселенная постепенно начала остывать.
Почему на Земле произошла кислородная катастрофа и как на нее повлияла Луна
Большое количество кислорода в атмосфере нашей планеты появилось не сразу. До его появления океаны были населены организмами, которым не требовался кислород. Микробы смогли синтезировать органические молекулы, используя энергию солнца. Проще говоря, они могли фотосинтезировать, но кислород не выделялся. Ситуация изменилась 3,5 миллиарда лет назад с появлением цианобактерий, способных к фотосинтезу с помощью кислорода. Потребовалось около миллиарда лет, чтобы газ, необходимый для жизни, появился на планете в достаточном количестве, причем не весь сразу. В результате бактерии, привыкшие к бескислородной среде, исчезли или мигрировали в глубины океанов и были заменены новыми организмами. Но почему для появления кислорода потребовался миллиард лет? Ученые утверждают, что Земле понадобилось бы еще больше времени, если бы не событие, которое помогло цианобактериям изменить атмосферу и радикально повлиять на жизнь на планете.
3,5 миллиарда лет назад, когда Земля имела длину 6 часов, в ее атмосфере не было кислорода.
Кислород в атмосфере земли — что ускорило его появление?
Содержание кислорода на Земле увеличивалось не равномерно, а непрерывно, то есть в определенные периоды времени насыщенность атмосферы кислородом возрастала. Это позволило выдвинуть гипотезу о том, что что-то способствует этому процессу.
Группа ученых под руководством Джудит Клатт из Института морской микробиологии имени Макса Планка нашла интересное объяснение тому, что происходило на нашей планете несколько миллиардов лет назад. По словам ученых, микроорганизмы смогли выделить больше кислорода в атмосферу, увеличив продолжительность светового дня. В то время Земля вращалась гораздо быстрее, чем сегодня. В результате продолжительность дня стала короче, около 6 часов. Следовательно, продолжительность светового дня составляла всего несколько часов.
Поэтому возникает вопрос, какая разница для бактерий, вырабатывающих кислород, имеет ли Земля длинные дни и длинные ночи или короткие дни и короткие ночи. В конце концов, количество солнечного света, попадающего на Землю, не изменилось. Но, как оказалось, разница есть.
Насыщение атмосферы кислородом ускорилось из-за замедления вращения Земли.
Как продолжительность суток повлияла на кислород в атмосфере
Джудит Клатт и ее команда из Мичиганского университета изучали воду в карстовой воронке на острове Миддл (остров озера Гурон), в которую грунтовые воды просачиваются из почвы и которая имеет крайне низкое содержание кислорода. Другими словами, условия похожи на те, которые существовали на нашей планете миллиарды лет назад, до появления кислорода в атмосфере.
В воде живут два основных типа микробов — пурпурные цианобактерии, которые производят кислород, и белые бактерии, которые окисляют серу. Первые производят энергию с помощью солнечного света, вторые — с помощью серы. Чтобы выжить, эти бактерии каждый день исполняют своеобразный танец.
Почти весь кислород в атмосфере поступает от цианобактерий
Больше о том, как зародилась жизнь на Земле, в нашей ленте Яндекс.Дзен.
От заката до рассвета тиофациентные бактерии сидят на поверхности, то есть над цианобактериями, перекрывая им доступ к солнечному свету. Когда утром встает солнце, тиофагические бактерии перемещаются вниз, а цианобактерии поднимаются на поверхность, чтобы начать фотосинтез и производить кислород. Однако с момента восхода солнца до начала фотосинтеза проходит несколько часов. Получается, что цианобактерии любят «поздно просыпаться». Продолжительность светового дня напрямую влияет на количество кислорода, вырабатываемого бактериями.
Как на Земле появился кислород?
Ученые считают, что некоторые бактерии в ходе своей эволюции «научились» извлекать водород из воды. Известно, что вода представляет собой соединение водорода и кислорода, поэтому при реакции выделения водорода в качестве побочного продукта образуется кислород, который попадает в воду, а затем в атмосферу.
Со временем некоторые организмы приспособились к атмосфере с новым газом. Организмы нашли способ использовать разрушительную энергию кислорода для контролируемого расщепления питательных веществ, высвобождая энергию, необходимую организму для поддержания жизни.
Этот способ использования кислорода называется дыханием, которым мы пользуемся каждый день, даже сегодня. Дыхание — это способ борьбы с угрозой нехватки кислорода: Это позволило эволюционировать более крупным организмам на Земле, многоклеточным организмам, которые уже являются сложными. В конечном итоге, именно появление дыхания привело к появлению человека.
Откуда появился кислород на Земле?
За миллионы лет содержание кислорода в атмосфере Земли увеличилось с 0,2 % до 21 % от сегодняшнего. Но не только морские бактерии ответственны за увеличение количества кислорода в атмосфере. Ученые считают, что другим источником кислорода были сталкивающиеся континенты. Они считают, что большое количество кислорода попало в атмосферу, когда континенты столкнулись, а затем отошли друг от друга.
Интересно: Кислород в атмосфере Земли — описание, схемы и видео.
Как. Когда континенты столкнулись и раскололись, огромное количество осадочных пород опустилось на дно океана, и большое количество органических веществ было смыто. В противном случае на переваривание и окисление этих органических веществ расходовалось бы больше кислорода. Поскольку они были недоступны для окисления, происходило своего рода сохранение кислорода, и в атмосферу выделялось больше кислорода.
Побег от кислорода
Некоторые организмы смогли приспособиться к присутствию кислорода в атмосфере и даже извлечь из этого пользу. Однако большинство организмов не смогли справиться с изменением условий жизни и вымерли. Некоторые спаслись, спрятав кислород в глубоких расщелинах и других укромных местах. Сегодня многие из них по-прежнему живут в корнях бобовых, где они захватывают атмосферный азот и используют его для синтеза аминокислот (строительных блоков белков) в растениях.
Бактерии ботулизма — еще один фактор, который позволяет кислороду выходить из организма. Он содержится в мясе, рыбе и растениях. Если бацилла ботулизма не убита высокой температурой во время приготовления пищи, она может сильно размножиться в консервах, изготовленных из вышеупомянутых продуктов.
Это происходит потому, что внутрь банок не может поступать воздух. Употребление пищи, зараженной бациллой ботулизма, может привести к опасному заболеванию.
Как на Земле появился Воздух миллиарды лет назад? История Кислорода
Если мы с тобой, дорогой читатель, окажемся на новорожденной Земле, то долго не проживем. Нас встретило бы черное небо и мерцающие звезды. Мы чувствуем, как содрогается земля, когда падают огромные метеоры, но не слышим ни звука. Глубокий холод превращает наши ноги в камень, а радиация обжигает наши головы. Через 3 минуты мы лопнем, как детские воздушные шарики, потому что давление воздуха равно нулю. Потому что на новой земле нет воздуха, только вакуум и тишина.
Но через миллион лет маленькая Земля станет старой. Образуется магнитное поле, и газы больше не будут уноситься в космос. Взрывы и извержения остаются в небе, газы образуют первую атмосферу, которая, как и ее мать, Солнце, состоит из водорода и гелия. Но благодаря магнитному полю и воде от падающих комет она остается на планете. Вода превращается в океан, а ее испарение изменяет первую атмосферу Земли.
Вторая атмосфера Земли смертельно опасна для современных форм жизни. Парниковые и вулканические газы — водяной пар, аммиак, метан, диоксид серы. Но среди этих зол растет второй после кислорода газ космической жизни. Углекислый газ. Вся космическая жизнь делится на автотрофные и гетеротрофные существа. Те, кто производит пищу для себя, и те, кто ее потребляет.
Автотрофы — это разведчики и тепличники в одном лице. Бактерии, водоросли и растения. Им нужен не кислород, а углекислый газ, вода или солнечный свет. Автотрофные организмы встречаются на молодой Земле и используют углекислый газ для получения глюкозы и углеводов в качестве пищи и кислорода в качестве отходов. Позже мы будем называть это фотосинтезом и хемосинтезом.
Озон
Пока автотрофы прячутся на дне архаичного океана, солнечная радиация бушует на мертвых континентах. Но повышение уровня моря и увеличение количества водяного пара в океане заставляют газ кислород подниматься все выше и выше в воздух. Кислород, который пока никому не нужен, улетает на 50 километров в стратосферу и циркулирует там с потоками воздуха вокруг планеты вместе с углекислым газом.
В стратосфере кислород, в свою очередь, подвергается атаке безжалостных солнечных лучей. Они разлагают H2O и испаряют воду. Но разорванные молекулы удерживаются вместе только тремя атомами кислорода. Так образуется озон — O₃ — и озоновый слой Земли становится богатырским щитом, блокирующим смертоносную солнечную радиацию.
Озоновый слой сделал возможным колонизацию Земли автотрофными организмами — бактериями и растениями. Они размножаются и производят кислород в качестве отходов, не зная, что приближаются к своему концу. Спустя сотни миллионов лет соотношение кислорода в воздухе стало критическим. Растения, содержащие углекислый газ, исчезли и были заменены кислородными растениями, которые мы с вами знаем.
Круговорот
После растений к земле потянулись гетеротрофы — те, кто ими питается. Грибы, животные, насекомые, люди — не производят собственную пищу, а потребляют ту, которую могут производить — автотрофы. Гетеротрофные растения все еще редки, поэтому буйные растения производят избыток кислорода, что приводит к огромным мутациям у насекомых.
Затем пермский период исчезнет, и содержание кислорода в воздухе вернется к своему нынешнему уровню. Тогда вечный цикл земной жизни — производство кислорода и углекислого газа силами жизни — наконец-то обретет форму.
Гетеротрофы, животные, потребляют дополнительный кислород, производимый автотрофами, растениями, и поедают дополнительный кислород автотрофов. Автотрофы используют углекислый газ, выдыхаемый животными, для производства собственной пищи и кислорода. Эта система надежно поддерживала Землю на протяжении миллиардов лет, но не смогла учесть влияние одного вида — человека.
Только за последние сто лет изобретения — машины, фабрики и города — разрушили баланс Земли. Озоновый слой умирает, леса вырубаются, углекислый газ и глобальное потепление увеличиваются. Антарктида тает, температура повышается. Этот процесс, очевидно, вышел из-под контроля и неизбежно приведет к ледниковому периоду. Когда планета очистится от человечества, она вернется к своим корням.
