Revolusi Oksigen dan Bola salji

Revolusi Oksigen dan Bola salji

Sergey Yastrebov
"Kimia dan Kehidupan" №9, 2016

Artikel lain dari siri ini: "Tujuh ambang dalam sejarah kehidupan" (№8, 2016).

Pedang Double Edged2

Sifat biologi oksigen molekul (O2) sekurang-kurangnya beregu. Oksigen adalah agen pengoksidaan yang kuat, yang mana anda boleh mendapatkan banyak tenaga yang berguna, dan pada masa yang sama racun yang kuat yang melepasi bebas melalui membran sel dan memusnahkan sel, jika ia tidak dirawat dengan baik. Kadang-kadang dikatakan bahawa oksigen adalah pedang bermata dua (Biologi semasa, 2009, 19, 14, R567-R574). Semua organisma yang berurusan dengan oksigen juga mesti mempunyai sistem enzim khas yang menghilangkan tindakan kimianya. Mereka yang tidak mempunyai sistem enzim sedemikian ditakdirkan menjadi anaerob yang ketat, hanya hidup dalam persekitaran bebas oksigen. Di Bumi moden, ini adalah beberapa bakteria dan archaea.

Hampir semua oksigen di Bumi mempunyai asal biogen, iaitu, ia dikeluarkan oleh makhluk hidup (sudah tentu, kita sekarang bercakap tentang oksigen bebas, dan bukan tentang atom oksigen yang membentuk molekul lain). Sumber utama O2 – Ini adalah fotosintesis oksigen; Tidak ada reaksi lain yang diketahui mampu memberikan jumlah yang setanding.Dari biologi sekolah, kita tahu bahawa fotosintesis dipanggil sintesis glukosa C6H12O6 karbon dioksida CO2 dan air H2O, yang terjadi dengan tenaga cahaya. "Protagonis" utama di sini adalah karbon dioksida, yang didapatkan semula oleh air; oksigen dalam tindak balas ini hanyalah produk buangan sampingan. Tidak diketahui secara meluas bahawa fotosintesis tidak boleh menyebabkan pelepasan oksigen jika bukannya air menggunakan bahan lain sebagai agen reduksi – sebagai contoh, hidrogen sulfida H2S, bebas hidrogen H2 atau beberapa sebatian besi; fotosintesis sedemikian dipanggil bebas oksigen, terdapat beberapa pilihan yang berbeza untuknya.

Hampir pasti, fotosintesis bebas oksigen muncul jauh lebih awal daripada oksigen. Oleh itu, untuk tahun pertama tahun pertama kehidupan (dan kemungkinan besar, lebih lama), fotosintesis, meskipun ia pergi, tidak menyebabkan apa-apa tepu atmosfera bumi dengan oksigen. Kandungan oksigen di atmosfer pada masa itu tidak lebih dari 0.001% daripada moden – hanya bercakap, ini bermakna bahawa ia tidak benar-benar di sana.

Semuanya berubah ketika alga hijau biru, atau cyanobacteria, datang di tempat kejadian.Selepas itu, makhluk-makhluk ini menjadi nenek moyang plastids, organel fotosintesis sel eukariotik (ingat bahawa eukaryotes dipanggil organisma dengan nukleus sel, tidak seperti prokariot, yang mempunyai sel bebas nuklear). Cyanobacteria adalah cawangan evolusi yang sangat purba. Dengan piawai sejarah duniawi, mereka tidak menghairankan tidak berubah. Sebagai contoh, pengayun alga biru-hijau yang meluas dalam badan air moden (Oscillatoria) mempunyai saudara fosil yang hidup 800 juta tahun yang lalu, dan mereka tidak dapat dibezakan dari pengayun moden (Ecology of Cyanobacteria II. Kepelbagaian mereka dalam Ruang dan Masa, Springer, 2012, 15-36). Oleh itu, pengayun adalah contoh fosil yang mengagumkan. Tetapi cyanobacteria yang pertama muncul lebih awal daripada itu – ini disahkan oleh data paleontologi.

Cyanobacteria biasa – pengayun – dan saudara-mara kunonya: alga biru-hijau moden yang berlainan spesies genus Oscillatoria (ab), alga hijau fosil biru Oscillatoriopsis breviconvexa danCephalophytarion grande (dalam, g) dari lokasi Australia Bitter Springs, yang umurnya kira-kira 800 juta tahun. Persamaannya begitu hebat sehingga alga purba ini tidak boleh dikaitkan dengan genera istimewa

Pada mulanya, cyanobacteria tidak banyak, kerana fotosintesis oksigen yang mereka telah menguasai tidak memberi apa-apa kelebihan yang serius ke atas bebas oksigen yang dimiliki oleh kumpulan mikroba yang lain. Tetapi persekitaran kimia mikroba ini beransur-ansur berubah. Saat ini ketika "bahan mentah" untuk fotosintesis bebas oksigen hanya berhenti cukup. Dan kemudian jam cyanobacteria melanda.

Fotosintesis oksigen mempunyai satu kelebihan yang besar – bekalan yang tidak terhad dari agen pengurangan awal (air) dan satu kelemahan yang besar – ketoksikan produk oksigen yang tinggi. Tidak hairanlah, pada mulanya jenis pertukaran ini tidak "popular." Tetapi pada defisit sedikit substrat lain, kecuali untuk air, pemilik fotosintesis oksigen harus segera menerima kelebihan daya saing, yang adalah apa yang terjadi. Selepas itu, era kira-kira satu bilion tahun datang, di mana penampilan Bumi ditentukan terutamanya oleh sianobakteria. Baru-baru ini, ia juga ditawarkan untuk panggilan secara tidak rasmi untuk menghormati "cyanose" (M. Barbieri, Biologi Kod. Sains Sains Hidup Baru, Springer, 2015, 75-91).

Grafik perubahan kepekatan oksigen di atmosfer bumi. Kenaikan tajam pertama – ini adalah revolusi oksigen

Ini disebabkan oleh cyanobacteria 2.4 bilion tahun yang lalu memulakan revolusi oksigen, ia juga merupakan bencana oksigen, atau Acara Oksidatif yang Hebat (Acara Pengoksidaan yang Hebat, GOE). Sebenarnya, peristiwa ini tidak seketika atau tidak sama sekaliAlam, 2014, 506, 7488, 307-315). Puncak kepekatan oksigen yang pendek, "nafas oksigen," telah berlaku sebelum ini, ia direkodkan secara paleontologi. Namun 2.4 bilion tahun lalu sesuatu yang baru berlaku. Dalam masa yang singkat (mengikut piawaian sejarah bumi) (puluhan juta tahun), kepekatan oksigen di atmosfera meningkat kira-kira seribu kali dan kekal pada tahap ini; ia tidak pernah jatuh ke nilai bekas yang tidak penting. Biosfera telah menjadi oksigen yang tidak dapat dipulihkan.

Bagi sebahagian besar prokariot purba, tahap oksigen sedemikian adalah maut. Tidak menghairankan, hasil pertama revolusi oksigen adalah kepupusan besar-besaran. Kebanyakan mereka yang terselamat yang berjaya menghasilkan enzim yang melindungi terhadap oksigen, dan kadang kala dinding sel tebal juga termasuk (termasuk cyanobacteria sendiri harus melakukan ini). Terdapat sebab untuk mempercayai bahawa dalam 100-200 juta tahun pertama "oksigen dunia" oksigen adalah untuk organisma hidup hanya racun dan tidak lebih. Tetapi keadaan itu telah berubah.Tanggapan biota terhadap cabaran oksigen adalah rupa bakteria, yang termasuk oksigen dalam rantai tindak balas yang mengurai glukosa, dan dengan itu mula menggunakannya untuk tenaga.

Segera ternyata bahawa pengoksidaan oksigen glukosa (pernafasan) dalam pelan tenaga jauh lebih cekap daripada oksigen (penapaian). Ia memberikan beberapa kali lebih banyak tenaga percuma setiap molekul glukosa daripada sebarang versi pertukaran bebas oksigen yang rumit. Pada masa yang sama, peringkat awal penguraian glukosa dalam pengguna pernafasan dan penapaian tetap biasa: pengoksidaan oksigen hanya berfungsi sebagai struktur superstruktur mekanisme biokimia purba yang sudah ada, yang tidak memerlukan oksigen.

Sekumpulan mikrob yang telah menguasai pengeluaran berisiko yang berisiko, namun pengeluaran tenaga yang cekap menggunakan oksigen dipanggil proteobakteria. Menurut teori yang kini diterima umum, ia adalah dari mereka bahawa organel pernafasan sel eukariotik – mitokondria – berasal.

Menurut data genetik, relatif mitokondria moden yang terdekat adalah proteobacterium alfa spiral ungu. Rhodospirillum rubrum (Biologi Molekul dan Evolusi2004, 21, 9, 1643-1660).Rhospirillum mempunyai pernafasan, penapaian, dan fotosintesis bebas oksigen, di mana hidrogen sulfida digunakan dan bukannya air, dan boleh menukar antara tiga jenis pertukaran ini bergantung kepada keadaan luaran. Tidak syak lagi, semacam semacam itu – iaitu dalam kes ini, pasangan dalaman – sangat berguna kepada nenek moyang eukariota.

Selain itu, ramai saintis moden percaya bahawa simbiosis archaea purba dengan proteobakteria – nenek moyang mitokondria – adalah dorongan untuk pembentukan sel eukariotik (Evgeny Kunin, logik kes M.: Tsentrpoligraf, 2014). Hipotesis ini dipanggil "mitochondrial awal". Dia mencadangkan bahawa pembahagian sel eukariotik masa depan ke dalam sitoplasma dan nukleus berlaku hanya selepas pengenalan symbiont proteobakteri ke dalamnya. Senario lama "mitochondrial", yang mana proteobacterium hanya ditelan oleh sel eukariotik yang siap sedia (secara berasingan yang berasal dari sel arkea), kini kelihatan kurang berkemungkinan. Malah, kedua-dua sel, kedua-dua archaeal dan proteobacterial, secara serius "menyusun semula" dalam proses penyatuan, menimbulkan sejenis chimera dengan sifat-sifat baru.Chimera ini telah menjadi sel eukariotik; Komponen molekul arkeologi dan proteobakteria di dalamnya bercampur kuat, membahagikan fungsi di antara mereka ("Palaeontological Journal", 2005, 4, 3-18). Tanpa proteobakteria, eukariot tidak akan timbul. Ini bermakna penampilan mereka adalah akibat langsung dari revolusi oksigen.

Dengan kata-kata di atas, kata-kata dua saintis terkemuka moden, ahli paleontologi dan ahli geologi, hampir tidak kelihatan dibesar-besarkan: "Semua orang bersetuju bahawa evolusi alga biru-hijau adalah kejadian biologi paling penting di planet kita (lebih penting daripada perkembangan sel eukariotik dan kemunculan organisme multiselular) (Peter Ward, Joe Kirschvink, Sejarah Baru Asal Kehidupan di Bumi St. Petersburg: Peter the Great, 2016). Sesungguhnya dunia haiwan dan tumbuhan yang biasa tidak akan wujud sekarang jika bukan untuk cyanobacteria dan krisis yang disebabkan oleh mereka.

Epochs hidup

Seluruh sejarah Bumi dibahagikan kepada empat interval yang besar, yang dipanggil eons (ini lebih tinggi daripada era). Nama-nama eon adalah seperti berikut: katarhea, atau merayap (4.6-4.0 bilion tahun lalu), archaea (4.0-2.5 bilion tahun lalu), proterozoik (2.5-0.54 bilion tahun yang lalu), dan phanerose (bermula 0.54 bilion tahun yang lalu dan terus sekarang).Bahagian ini akan membantu kami secara berterusan, ia sangat mudah. Marilah kita membuat tempahan bahawa dalam hampir semua kes tersebut, tidaklah berharga untuk menghafal sempadan waktu, tetapi urutan zaman dan peristiwa yang berkaitan dengannya: ini lebih penting. Pengecualian boleh dibuat kecuali dua atau tiga tarikh asas seperti usia Bumi.

Katarhei adalah masa pra-dogologi yang dipanggil, dari mana batuan "normal" tidak tetap, diatur dalam lapisan. Kaedah geologi dan paleontologi klasik berdasarkan perbandingan lapisan berturut-turut tidak berfungsi di sana. Objek yang tersisa dari katarhea kebanyakannya bijirin zirkon kecil, yang sangat di mana karbon yang dikatakan biogenik baru-baru ini ditemui. Sangat sedikit diketahui tentang kehidupan katarheyskoy (jika ia adalah).

Di Archean, Bumi tergolong dalam prokariot – bakteria dan archaea (hanya tidak memerlukan kekeliruan, kebiasaan akar dalam nama era geologi "archaea" dan kumpulan mikroba "archaea" sebenarnya merupakan kemalangan). Batasan Archean dan Proterozoik jatuh sekitar masa salah satu "nafas oksigen" kuat sebelum revolusi oksigen. Revolusi oksigen sangat berlaku pada permulaan Proterozoik.

Proterozoik adalah era oksigen dan eukariota. Paradoks menarik dikaitkan dengan eukariota kencan. Hakikatnya ialah eukariot multisel boleh didefinisikan dengan lebih jelas muncul dalam rekod fosil jauh lebih awal daripada yang sama dengan uniselular yang boleh dipercayai. Alga Filamentous Grypania spiralis, yang biasanya dianggap sebagai eukaryote, muncul 2.1 bilion tahun lalu (Jurnal Paleontologi Australasia, 2016, doi: 10.1080 / 03115518.2016.1127725). Dalam keadilan, perlu dikatakan bahawa sebab utama untuk sifat eukariotik selesema adalah saiznya yang besar – semua tanda-tanda lain tidak memberi keyakinan bahawa ini bukan cyanobacterium gergasi (Palaeontologi, 2015, 58, 1, 5-17). Tetapi hakikatnya, penemuan ini bukan satu-satunya. Eukaryote yang paling kuno kini dianggap sebagai organisme cendawan. Diskagma buttonii 2.2 bilion tahunPenyelidikan Precambrian, 2013, 235, 71-87). Dan kemudian terdapat makhluk-makhluk berbentuk spiral besar misterius – alga yang paling mungkin, usia jenazahnya adalah sekurang-kurangnya 2.1 bilion tahun, seperti dalam kes selesema (Alam, 2010, 466, 7302, 100-104). Tetapi sel tunggal yang paling awal, yang ditakrifkan unik sebagai eukariota, hanya berusia 1.6 bilion tahun (Transaksi filosofi Royal Society B2006, 361, 1470, 1023-1038). Ini, tentu saja, tidak bermakna eukariot multiselular sebenarnya muncul lebih awal daripada sel tunggal – seperti andaian bercanggah dengan semua data molekul yang ada.Sel-sel tunggal hanya lebih teruk dipelihara, dan tanda-tanda di mana anda boleh menentukan badan, mereka mempunyai kurang.

Eukaryote tertua adalah organisma misteri. Diskagma buttonii 2.2 bilion tahun. Ia menyerupai struktur glomeromycetes moden – kulat primitif yang hidup dalam simbiosis dengan alga biru-hijau.

Walau bagaimanapun, kesimpulan yang sangat penting ikut dari kenyataan tersebut. Ingat bahawa tarikh revolusi oksigen adalah 2.4 bilion tahun lalu. Oleh itu, kita tahu bahawa hanya 200 juta tahun selepas dia, bukan hanya eukariota, tetapi eukariot multisel muncul dalam rekod fosil. Ini bermakna peringkat pertama evolusi eukariota diteruskan dengan standard sejarah global dengan cepat. Sudah tentu, ia mengambil masa untuk sel eukariotik untuk menyusun simbiosis dengan nenek moyang kelas mitokondria, mencipta nukleus, merumitkan cytoskeleton – struktur intraselular struktur sokongan. Tetapi apabila proses-proses ini berakhir, ia mungkin untuk mewujudkan organisma multiselular yang pertama dengan serta-merta. Ini tidak memerlukan sebarang peranti tambahan di peringkat sel. Mana-mana sel eukariotik sudah mempunyai satu set lengkap elemen molekul yang diperlukan untuk membina badan multiselular daripada sel tersebut (sekurang-kurangnya satu yang agak mudah).Sudah tentu, semua unsur-unsur ini tidak berguna untuk kehidupan sel tunggal, jika tidak, mereka tidak akan timbul. Tidak diragukan lagi, nenek moyang eukariota yang sama adalah uniselular, dan banyak keturunannya tidak pernah menggunakan struktur berbilang selular. Contoh-contoh eukariot sel tunggal moden – amoeba, euglena, ciliates – kita tahu dari buku teks sekolah, tetapi sebenarnya ada banyak lagi.

Revolusi oksigen mempunyai satu lagi kesan penting, yang mempengaruhi komposisi atmosfera. Dalam suasana Archean terdapat banyak nitrogen (seperti sekarang), serta karbon dioksida dan metana (jauh lebih banyak daripada sekarang). Karbon dioksida dan metana menyerap radiasi inframerah dengan baik dan dengan itu mengekalkan haba di atmosfer Bumi, menghalangnya daripada masuk ke ruang angkasa. Ini dipanggil kesan rumah hijau. Lebih-lebih lagi, dipercayai bahawa kesan gas rumah hijau adalah sekurang-kurangnya 20-30 kali lebih kuat daripada karbon dioksida. Dan pada zaman Archean, terdapat kira-kira 1000 kali lebih banyak metana di atmosfer bumi daripada sekarang, dan ini memberikan iklim yang agak hangat.

Ia juga mengganggu astronomi. Mengikut teori yang diterima secara umum tentang evolusi bintang, kilauan Matahari secara perlahan tetapi terus berkembang.Di Archean, hanya 70-80% arus ini – jelas mengapa kesan rumah hijau penting untuk menjaga bumi hangat. Tetapi selepas revolusi oksigen, atmosfera menjadi teroksida dan hampir semua metana (CH4) berubah menjadi karbon dioksida (CO2), yang keberkesanannya sebagai gas rumah hijau jauh lebih rendah. Ini menyebabkan glasiasi Huron Huron, yang berlangsung sekitar 100 juta tahun dan pada beberapa titik meliputi seluruh Bumi: di kawasan darat yang kemudiannya hanya beberapa darjah dari khatulistiwa, jejak glasier dijumpai (Prosiding Akademi Sains Negara Amerika Syarikat2005, 102, 32, 11131-11136). Puncak glasiasi Huron datang 2.3 bilion tahun yang lalu. Untungnya, glasiasi tidak dapat menghentikan aktiviti tektonik mantel bumi; Gunung berapi terus memancarkan karbon dioksida ke atmosfera, dan dari masa ke masa ia cukup terkumpul untuk memulihkan kesan rumah hijau dan mencairkan ais.

Walau bagaimanapun, ujian iklim utama masih di hadapan.

Akhir "bilion membosankan"

Apa yang dipanggil "bilion tahun yang membosankan" (Billion bilion). Pada masa ini, tiada glasiasi, tiada perubahan mendadak dalam komposisi atmosfera, tidak ada pergolakan biosfera. Ganggang Eukariotik tinggal di lautan, secara beransur-ansur melepaskan oksigen.Dunia mereka dengan cara yang berbeza dan kompleks. Sebagai contoh, dari era "bilion membosankan", alga merah dan kuning-hijau multiselular diketahui, menghairankan sama dengan saudara-saudara moden mereka (Transaksi filosofi Royal Society B2006, 361, 1470, 1023-1038). Muncul pada masa ini dan cendawan (Paleobiologi, 2005, 31, 1, 165-182). Tetapi tidak ada haiwan multiselular dalam "tahun bilion membosankan". Kami akan berhati-hati: pada masa ini tiada siapa yang boleh mengatakan dengan kepastian mutlak bahawa tidak ada haiwan berbilang sel maka, semua data mengenai topik ini sangat kontroversial dengan yang terbaik (Penyelidikan Precambrian, 2013, 235, 71-87).

Biota "bilion tahun membosankan": a – cendawan air Tappania 1.4 bilion tahun;b – menutup hiphae tapana; struktur mereka menunjukkan bahawa ia benar-benar agak cendawan biasa, dalam – alga merah Bangiomorpha umur 1.2 bilion tahun, tidak lagi merujuk kepada detasmen bangiyev moden, satu lagi contoh fosil yang hidup

Apa masalahnya? Ini menunjukkan idea bahawa multicellularity seperti itu jauh lebih sesuai dengan gaya hidup tumbuhan berbanding haiwan. Mana-mana sel tumbuhan dilampirkan dalam dinding sel tegar, dan tidak ada keraguan bahawa ini sangat memudahkan pengawalan kedudukan relatif sel dalam badan yang kompleks.Sebaliknya, sel-sel haiwan dilupuskan dari dinding sel, bentuknya tidak stabil, dan juga sentiasa berubah dengan fagositosis, iaitu penyerapan zarah makanan. Mengumpul seluruh organisma dari sel-sel tersebut adalah satu tugas yang sukar. Sekiranya tidak terdapat haiwan multiselular, dan wakil-wakil tumbuhan atau kulat menjadi ahli biologi, kemungkinan besar, selepas mengkaji masalah ini, akan menyimpulkan bahawa gabungan multiselularitas dengan ketiadaan dinding sel adalah mustahil. Walau apa pun, ini menerangkan mengapa multiselulariti telah berlaku berkali-kali dalam kumpulan alga yang berlainan, tetapi hanya sekali dalam haiwan.

Terdapat satu lagi idea. Pada tahun 1959, ahli zoologi Kanada, John Ralph Nercell mengaitkan secara tiba-tiba (kerana kemudiannya berfikir) rupa haiwan dalam rekod fosil dengan peningkatan kepekatan oksigen di atmosfera (Alam1959, 183, 4669, 1170-1172). Haiwan, sebagai peraturan, mempunyai mobiliti yang aktif, yang memerlukan banyak tenaga yang mereka tidak boleh lakukan tanpa pernafasan oksigen. Dan anda memerlukan banyak oksigen. Dan dalam era "bilion membosankan" kandungan Oh2 di atmosfer hampir pasti tidak mencapai 10% dari paras semasa – minimum yang sering dianggap perlu untuk mengekalkan kehidupan haiwan. Benar, angka ini yang mencurigakan mungkin terlalu ketara (Prosiding Akademi Sains Negara Amerika Syarikat, 2014, 111, 11, 4168-4172). Walau bagaimanapun, tempahan itu tidak menghalang kita untuk menyedari bahawa idea lama Nercell sekurang-kurangnya tidak bertentangan dengan data moden: perkiraan permulaan evolusi haiwan multiselular adalah sangat dekat, tetapi bertepatan dengan masa yang sama dengan peningkatan kepekatan oksigen atmosfera pada akhir Proterozoik (Kajian Tahunan Ekologi, Evolusi, dan Sistematik, 2015, 46, 215-235). Ia tidak boleh menjadi faktor yang memudahkan penampilan haiwan: pada akhirnya, semakin banyak oksigen, semakin baik. Ia tidak perlu untuk mempertimbangkan hanya faktor oksigen yang sangat unik. Ingatlah bahawa pada masa-masa apabila oksigen menjadi banyak, tidak ada percubaan berulang untuk mencipta multiselulariti jenis haiwan yang diperhatikan. Eksperimen ini berjaya untuk alam semulajadi sekali sahaja.

Masa yang selesa "tahun bilion membosankan" dapat bertahan lama jika geografi tidak mengganggu biologi. Peristiwa-peristiwa dramatik, yang planet itu sendiri menjadi pahlawan, menarik perhatian para saintis selama setengah abad, tetapi hanya 15 tahun yang lalu mereka dapat memasukkan maklumat tentang mereka ke dalam gambaran yang lebih kurang tepat. Mari kita lihat gambar ini dengan segera, bermula, seperti yang sepatutnya, dari awal.

Pada tahun 1964, ahli geologi Inggeris Brian Harland menerbitkan satu artikel yang menyatakan bahawabahawa benar-benar di semua benua terdapat jejak glasiasi kuno, sejak masa yang sama – proterozoik terlambat. Ia adalah pada permulaan tahun 60-an yang ahli-ahli geologi belajar bagaimana menentukan kedudukan masa lalu benua menggunakan data mengenai magnetisasi batuan. Harland mengumpul data ini dan melihat bahawa ia dapat dijelaskan hanya dengan satu cara: dengan mengandaikan bahawa glasiasi Proterozoik Lewat meliputi semua latitud Bumi sekaligus, iaitu, ia adalah planet keseluruhan. Apa-apa hipotesis yang lain kelihatan lebih kurang munasabah (contohnya, seseorang perlu menganggap pergerakan tiang yang sangat pantas, supaya semua tanah pula ditutup dengan topi polar). Seperti yang dikatakan oleh Sherlock Holmes semasa mencari Jonathan Small, "menumpaskan semua yang mustahil, apa yang tetap akan menjadi jawapan, tidak kira betapa luar biasa ia mungkin kelihatan." Inilah yang Harland lakukan. Satu artikel terperinci yang ditulis olehnya dan seorang pengarang bersama tidak berpura-pura terhadap apa-apa sensasi – fakta dan kesimpulan hanya dengan jujur ​​dinyatakan di sana (Amerika akademik1964, 211, 2, 28-36). Walau bagaimanapun, hipotesis glasiasi planet terlalu berani untuk kebanyakan saintis.

Pada tahun-tahun yang sama, ahli geofizik terkenal, Leningrad Mikhail Ivanovich Budyko, mengambil teori glasiasi. Dia menarik perhatian kepada hakikat bahawa glasiasi boleh berkembang sendiri.Perlindungan ais mempunyai pemantulan yang tinggi (albedo), jadi lebih besar jumlah luas glasier, semakin besar perkadaran radiasi matahari yang dipantulkan kembali ke ruang angkasa, dengan mengambilnya panas. Dan yang kurang Bumi menerima haba, semakin sejuk ia mendapat, dan kawasan penutup ais tumbuh sebagai hasilnya, meningkatkan albedo lebih. Ternyata glasier adalah proses dengan maklum balas positif, iaitu, ia mampu meningkatkan dirinya. Dalam kes ini, perlu ada beberapa tahap kritikal glasiasi, selepas itu akan meningkat sehingga gelombang ais dari North dan South Poles runtuh di khatulistiwa, melekat sepenuhnya planet di penutup ais dan menurunkan suhunya dengan beberapa puluhan darjah. Budyko secara matematik menunjukkan bahawa perkembangan sedemikian adalah mungkin (Tellus1969, 21, 5, 611-619). Tetapi dia tidak tahu bahawa dalam sejarah Bumi ia berlaku beberapa kali! Kerana pada waktu itu Budyko dan Harland tidak membaca satu sama lain.

Tanah salji

Sekarang glasiasi, yang ditemui oleh Harland, biasanya dipanggil zaman "Salji-tanah" (Bola salji bumi). Rupa-rupanya, ia benar-benar adalah planet.Dan punca utamanya dianggap sebagai lemahnya kesan rumah hijau akibat penurunan kepekatan karbon dioksida (yang menjadi gas rumah kaca utama setelah oksigen "dimakan" hampir semua metana). Fotosintesis dan pernafasan kemungkinan besar tidak akan dipersalahkan. Jika biota Bumi diatur untuk revolusi oksigen itu sendiri, kini ia menjadi mangsa faktor luaran, yang benar-benar bersifat biologi.

Fakta adalah bahawa perolehan karbon dioksida kurang bergantung pada makhluk hidup daripada perolehan oksigen. Sumber utama CO atmosfera2 Letusan gunung berapi masih wujud di Bumi, dan sinki utama adalah proses yang dipanggil pelepasan bahan kimia. Karbon dioksida berinteraksi dengan batu, memusnahkannya, dan pada masa yang sama bertukar menjadi karbonat (ion HCO3 atau CO32−). Yang kedua dibubarkan dengan baik di dalam air, tetapi tidak lagi menjadi sebahagian daripada atmosfera. Dan ternyata pergantungan yang sangat mudah. Sekiranya keamatan gunung berapi melebihi intensiti pelepasan bahan kimia, kepekatan CO di atmosfera2 sedang berkembang. Jika sebaliknya – jatuh.

Pada akhir "bilion membosankan", 800 juta tahun yang lalu, hampir semua tanah Bumi adalah sebahagian daripada satu-satunya supercontinent yang dipanggil Rodinia.Menurut ahli geologi yang terkenal, supercontinen gergasi, seperti empayar besar dalam sejarah sosial bumi, selalu terbukti tidak stabil (V. E. Khain, M. G. Lomize Geotektonik dengan asas-asas geodinamik M: Moscow State University, 1995). Oleh itu, tidak menghairankan bahawa Rodinia mula retak. Di sepanjang tepi kesilapan, basalt yang meletus menjadi kuat, yang segera menjadi objek pelapukan kimia. Tidak ada tanah kemudian, dan produk-produk pelapukan mudah dirobohkan ke dalam lautan. Pada akhirnya, Rodinia berpecah kepada tujuh atau lapan kecil (kira-kira saiz Australia) yang mula hanyut. Penggunaan CO2 pada cuaca lebat menyebabkan penurunan parasnya di atmosfera.

Vulkanisme, yang mana keruntuhan supercontinent itu tidak dapat dielakkan, boleh memberi pampasan untuk ini, jika bukan untuk satu keadaan yang tidak disengajakan. Disebabkan oleh beberapa kebiasaan hanyut benua, kedua-dua Rodinia dan serpihannya terletak di khatulistiwa, dalam tali pinggang panas, di mana pelepasan bahan kimia berjalan dengan cepat. Model matematik menunjukkan bahawa untuk tujuan ini, kepekatan CO2 jatuh di bawah ambang di mana glasiasi bermula (Alam, 2004, 428, 6980, 303-306).Dan apabila ia bermula, sudah terlambat untuk menghalang cuaca.

Ia harus diakui bahawa kedudukan benua di Proterozoik Lewat ternyata sebagai malang (dari sudut pandang penduduk planet) yang mungkin. Pergeseran benua dikawal oleh aliran bahan mantel bumi, dinamika yang, pada kenyataannya, tidak diketahui. Tetapi kita tahu bahawa dalam kes ini, aliran ini telah mengumpul seluruh tanah daratan di benua tunggal, yang terletak betul-betul di khatulistiwa dan memanjang di latitud. Sekiranya dia berada di salah satu tiang atau diregangkan dari utara ke selatan, glasiasi awal akan menutup sebahagian daripada batuan dari cuaca dan dengan demikian menghentikan karbon dioksida dari atmosfer, maka proses itu dapat diperlahankan. Hanya keadaan seperti ini yang kita lihat sekarang, apabila terdapat helaian ais Antartika dan Greenland (Amerika akademik1999, 9, 38). Dan pada akhir Proterozoik, hampir semua kawasan tanah besar berada berhampiran dengan khatulistiwa – dan terdedah sehingga lembaran ais utara dan selatan ditutup. Bumi telah menjadi bola es.

Malah, terdapat sekurang-kurangnya tiga episod bola salji Bumi. Yang pertama adalah kepunyaan glasiasi Huron (yang, seperti yang kita ingat, tidak berlaku kerana karbon dioksida, tetapi kerana metana). Kemudian selama lebih daripada satu bilion tahun tidak ada glasiasi sama sekali.Dan kemudian dua glasiasi planet lain dipisahkan oleh rehat yang pendek diikuti, satu daripadanya bertahan selama kira-kira 60 juta tahun, yang lain – selama kira-kira 15 juta tahun. Ia adalah penemuan Brian Harland. Tempoh geologi meliputi glasiasi ini dipanggil cryogenic (ia adalah sebahagian daripada Proterozoik).

Dinamik episod tipikal "Bola salji" pada contoh fasa pertama (Sturt) glasier global cryogenic

Sedikit diketahui tentang hidupan liar kriogenik. Iklim kemudian di seluruh Bumi adalah, mengikut piawaian hari ini, Antartika. Satu lapisan lapisan ais meliputi sebagian besar Lautan Dunia, sehingga keamatan fotosintesis tidak boleh tinggi. Cahaya, tiba-tiba menjadi sumber yang paling berharga, melanda lautan hanya di tempat-tempat, melalui retak, polnyas atau tompok kecil ais tipis. Yang mengejutkan, beberapa organisme multiselular dapat bertahan dalam cryogenies, tanpa berubah sama sekali – sebagai contoh, alga merah. Malah kini mereka disesuaikan dengan menggunakan cahaya yang sangat lemah yang menembusi kedalaman sedemikian rupa di mana tidak ada makhluk fotosintesis lain yang masih hidup (Yu T. Diakov Pengenalan kepada algologi dan mikologi.M Moscow: MGU, 2000).Tidak ada tempat dan plankton bersel satu. Kandungan oksigen dalam lautan kriogenik telah jatuh secara dramatik, maka kehidupan di bahagian bawahnya mungkin kebanyakannya anaerob, tetapi butiran ini masih tersembunyi dari kami.

Pengakhiran episod bola salji juga dramatik dengan cara mereka sendiri. Semasa glasiasi planet, semua proses yang berkaitan dengan penyerapan sejumlah besar karbon dioksida, secara harfiah membeku. Sementara itu, gunung berapi (yang tiada kerja dihentikan) dibuang dan dibuang oleh CO.2 ke atmosfera, secara beransur-ansur membawa tumpuannya kepada kuantiti yang besar. Pada satu ketika, lembaran ais tidak dapat lagi menahan kesan rumah hijau, dan kemudian proses menyerupai panas yang menghijau bermula. Secara harfiah dalam beberapa ribu tahun – iaitu, secara geologi dalam sekelip mata – semua ais cair, air yang dibebaskan membanjiri sebahagian besar tanah dengan laut marin yang cetek, dan suhu permukaan bumi, menurut pengiraan, melonjak ke 50 ° C (Kejuruteraan dan sains, 2005, 4, 10-20). Dan selepas itu, pulangan secara beransur-ansur bumi ke negara ekstraglasiial "normal" bermula. Semasa kriogenik, kitaran keseluruhan ini diselesaikan sekurang-kurangnya dua kali.

Terus dalam isu seterusnya.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: