كوكبنا هو نظام معقد يتطور ديناميكيًا لأكثر من 4.5 مليار سنة. جميع مكونات هذا النظام (الجسم الصلب للأرض ، الغلاف المائي ، الغلاف الجوي ، المحيط الحيوي) ، تتفاعل مع بعضها البعض ، تتغير باستمرار في علاقة معقدة ، وأحيانًا غير واضحة. الأرض الحديثة هي نتيجة وسيطة لهذا التطور الطويل
أحد أهم مكونات نظام الأرض هو - الغلاف الجوي ، الذي هو على اتصال مباشر مع الغلاف الصخري ، ومع غلاف الماء ، والمحيط الحيوي ، ومع الإشعاع الشمسي. في بعض مراحل تطور كوكبنا ، شهد الغلاف الجوي تغيرات كبيرة للغاية مع عواقب بعيدة المدى. أحد هذه التغيرات العالمية يسمى كارثة الأكسجين. أهمية هذا الحدث في تاريخ الأرض عظيمة بشكل استثنائي. بعد كل شيء ، كان معه أن التطور الإضافي للحياة على هذا الكوكب مرتبط.
ما هي كارثة الأكسجين
نشأ المصطلح في بداية النصف الثاني من القرن العشرين ، عندما ، بناءً على دراسة عمليات الترسيب ما قبل الكمبري ،استنتاج حول الزيادة المفاجئة في محتوى الأكسجين بنسبة تصل إلى 1٪ من كميته الحالية (نقاط باستير). نتيجة لذلك ، اتخذ الغلاف الجوي طابع مؤكسد باطراد. وقد أدى هذا بدوره إلى تطوير أشكال الحياة التي تستخدم تنفس الأكسجين بكفاءة أكبر بدلاً من التخمير الأنزيمي (تحلل السكر).
أدخلت الأبحاث الحديثة تحسينات كبيرة على النظرية الموجودة سابقًا ، مما يدل على أن محتوى الأكسجين على الأرض قبل وبعد حدود الأركيان-البروتيروزويك تقلبت بشكل كبير ، وبشكل عام فإن تاريخ الغلاف الجوي أكثر تعقيدًا من السابق فكر
الأجواء القديمة وأنشطة الحياة البدائية
لا يمكن تحديد التكوين الأساسي للغلاف الجوي بدقة مطلقة ، ولم يكن من المحتمل أن يكون ثابتًا في تلك الحقبة ، لكن من الواضح أنه كان قائمًا على الغازات البركانية ونواتج تفاعلها مع الصخور من سطح الأرض. من المهم أنه لا يمكن أن يكون هناك أكسجين - إنه ليس منتجًا بركانيًا. وهكذا كان الجو المبكر مجددًا. تقريبا كل أكسجين الغلاف الجوي هو من أصل حيوي.
ربما ساهمت الظروف الجيوكيميائية والتشمس في تكوين الحصائر - مجتمعات ذات طبقات من الكائنات بدائية النواة ، وبعضها يمكن أن يقوم بالفعل بعملية التمثيل الضوئي (الأول غير المؤكسد ، على سبيل المثال ، على أساس كبريتيد الهيدروجين). قريبًا جدًا ، على ما يبدو بالفعل في النصف الأول من Archean ، أتقنت البكتيريا الزرقاء عملية التمثيل الضوئي للأكسجين عالي الطاقة ،الذي أصبح الجاني في العملية التي سميت بكارثة الأكسجين على الأرض.
الماء والغلاف الجوي والأكسجين في Archean
يجب أن نتذكر أن المناظر الطبيعية البدائية تميزت بالدرجة الأولى بحقيقة أنه من الصعب الحديث عن حدود برية وبحرية مستقرة لتلك الحقبة بسبب التعرية الشديدة للأرض بسبب غياب النباتات. سيكون من الأصح تخيل مساحات شاسعة غالبًا ما تغمرها خط ساحلي غير مستقر للغاية ، مثل الظروف لوجود حصائر بكتيرية زرقاء.
الأكسجين الذي أطلقوه - نفايات - دخل المحيط إلى الأسفل ، ثم إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض. في الماء ، قام بأكسدة المعادن المذابة ، وخاصة الحديد ، في الغلاف الجوي - الغازات التي كانت جزءًا منه. بالإضافة إلى ذلك ، تم إنفاقه على أكسدة المواد العضوية. لم يحدث أي تراكم للأكسجين ، حدثت زيادات محلية فقط في تركيزه
إنشاء جو مؤكسد لفترة طويلة
في الوقت الحاضر ، يرتبط اندفاع الأكسجين في نهاية Archean بالتغيرات في النظام التكتوني للأرض (تكوين القشرة القارية الحقيقية وتشكيل الصفائح التكتونية) والتغير في طبيعة النشاط البركاني الناجم عن معهم. نتج عن ذلك انخفاض في تأثير الدفيئة وتجلد هورون طويل الأمد ، والذي استمر من 2.1 إلى 2.4 مليار سنة. ومن المعروف أيضًا أن القفزة (منذ حوالي 2 مليار سنة) أعقبها انخفاض في محتوى الأكسجين ، ولا تزال أسباب ذلك غير واضحة.
خلال العصر البروتيروزوي بأكمله تقريبًا ، حتى 800 مليون سنة مضت ، تذبذب تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي ، ومع ذلك ، ظل في المتوسط منخفضًا للغاية ، على الرغم من أنه أعلى بالفعل مما كان عليه في العصر الأركي. من المفترض أن مثل هذا التكوين غير المستقر للغلاف الجوي لا يرتبط فقط بالنشاط البيولوجي ، ولكن أيضًا إلى حد كبير بالظواهر التكتونية ونظام البراكين. يمكننا القول أن كارثة الأكسجين في تاريخ الأرض امتدت لما يقرب من ملياري سنة - لم تكن حدثًا بقدر ما كانت عملية معقدة طويلة.
الحياة والأكسجين
أدى ظهور الأكسجين الحر في المحيط والغلاف الجوي كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي إلى تطوير كائنات هوائية قادرة على استيعاب واستخدام هذا الغاز السام في الحياة. يفسر هذا جزئيًا حقيقة أن الأكسجين لم يتراكم لفترة طويلة: ظهرت أشكال الحياة بسرعة إلى حد ما للاستفادة منه.
يرتبط انفجار الأكسجين عند الحدود الأرتشيانية-البروتيروزوية بما يسمى بحدث Lomagundi-Yatulian ، وهو شذوذ نظيري للكربون مر عبر الدورة العضوية. من المحتمل أن تكون هذه الطفرة قد أدت إلى ظهور الحياة الهوائية المبكرة ، كما يتضح من الكائنات الحية في فرانكفيل التي يرجع تاريخها إلى حوالي 2.1 مليار سنة ، والتي تشمل المفترض أن الكائنات البدائية متعددة الخلايا على الأرض.
قريباً ، كما لوحظ بالفعل ، انخفض محتوى الأكسجين ثم تذبذب حول قيم منخفضة إلى حد ما. ربما ومضة من الحياة تسببت في زيادة استهلاك الأكسجين ،التي كانت لا تزال صغيرة جدًا ، لعبت دورًا معينًا في هذا الخريف؟ ومع ذلك ، في المستقبل ، كان لا بد من ظهور نوع من "جيوب الأكسجين" ، حيث توجد الحياة الهوائية بشكل مريح تمامًا وقام بمحاولات متكررة "للوصول إلى المستوى متعدد الخلايا".
عواقب وأهمية كارثة الأكسجين
إذن ، التغيرات العالمية في تكوين الغلاف الجوي لم تكن ، كما اتضح فيما بعد ، كارثية. ومع ذلك ، فإن عواقبها غيرت كوكبنا بشكل جذري.
ظهرت أشكال الحياة التي تبني نشاط حياتها على تنفس الأكسجين عالي الكفاءة ، مما خلق الشروط المسبقة للمضاعفات النوعية اللاحقة للمحيط الحيوي. في المقابل ، لم يكن ذلك ممكناً لولا تكوين طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض - نتيجة أخرى لظهور الأكسجين الحر فيها.
بالإضافة إلى ذلك ، لم تستطع العديد من الكائنات اللاهوائية التكيف مع وجود هذا الغاز العدواني في بيئتها وتلاشى ، بينما اضطر البعض الآخر إلى الاكتفاء بالوجود في "جيوب" خالية من الأكسجين. وفقًا للتعبير المجازي للعالم السوفيتي والروسي ، عالم الأحياء الدقيقة ج. أ. زافارزين ، فإن المحيط الحيوي "انقلب من الداخل إلى الخارج" نتيجة لكارثة الأكسجين. كانت نتيجة هذا ثاني أكبر حدث للأكسجين في نهاية البروتيروزويك ، والذي أدى إلى التكوين النهائي للحياة متعددة الخلايا.
