Ons planeet is 'n komplekse stelsel wat al vir meer as 4,5 miljard jaar dinamies ontwikkel. Alle komponente van hierdie stelsel (die vaste liggaam van die Aarde, hidrosfeer, atmosfeer, biosfeer), wat met mekaar in wisselwerking is, het voortdurend verander in 'n komplekse, soms nie-vanselfsprekende verhouding. Die moderne aarde is 'n intermediêre gevolg van hierdie lang evolusie.
Een van die belangrikste komponente van die stelsel wat die Aarde is - die atmosfeer, wat in direkte kontak is met die litosfeer, en met die waterdop, en met die biosfeer, en met sonbestraling. In sommige stadiums van die ontwikkeling van ons planeet het die atmosfeer baie betekenisvolle veranderinge ondergaan met verreikende gevolge. Een so 'n globale verandering word die suurstofkatastrofe genoem. Die betekenis van hierdie gebeurtenis in die geskiedenis van die Aarde is buitengewoon groot. Dit was immers met hom dat die verdere ontwikkeling van lewe op die planeet verbind was.
Wat is 'n suurstofkatastrofe
Die term het ontstaan aan die begin van die tweede helfte van die 20ste eeu, toe, gebaseer op die studie van die prosesse van Prekambriese sedimentasie,gevolgtrekking oor die skielike toename in die suurstofinhoud tot 1% van sy huidige hoeveelheid (Pasteurpunte). Gevolglik het die atmosfeer 'n bestendig oksiderende karakter aangeneem. Dit het op sy beurt gelei tot die ontwikkeling van lewensvorme wat baie doeltreffender suurstofrespirasie gebruik in plaas van ensiematiese fermentasie (glikolise).
Moderne navorsing het aansienlike verfynings aan die voorheen bestaande teorie gemaak, wat toon dat die suurstofinhoud op Aarde beide voor en na die Argeiese-Proterosoïese grens aansienlik gefluktueer het, en in die algemeen is die geskiedenis van die atmosfeer baie meer ingewikkeld as voorheen gedink.
Antieke atmosfeer en aktiwiteite van primitiewe lewe
Die primêre samestelling van die atmosfeer kan nie met absolute akkuraatheid vasgestel word nie, en dit was onwaarskynlik dat dit konstant was in daardie era, maar dit is duidelik dat dit gebaseer was op vulkaniese gasse en die produkte van hul interaksie met die rotse van die aarde se oppervlak. Dit is betekenisvol dat daar geen suurstof onder hulle kan wees nie - dit is nie 'n vulkaniese produk nie. Die vroeë atmosfeer was dus herstellend. Byna alle atmosferiese suurstof is van biogeniese oorsprong.
Geochemiese en insolasietoestande het waarskynlik bygedra tot die vorming van matte - gelaagde gemeenskappe van prokariotiese organismes, en sommige van hulle kon reeds fotosintese uitvoer (eerste anoksigenies, byvoorbeeld, gebaseer op waterstofsulfied). Redelik gou, klaarblyklik reeds in die eerste helfte van die Archean, het sianobakterieë hoë-energie suurstoffotosintese bemeester,wat die skuldige geword het van die proses, wat die naam van die suurstofkatastrofe op aarde ontvang het.
Water, atmosfeer en suurstof in die Argean
Daar moet onthou word dat die primitiewe landskap hoofsaaklik gekenmerk is deur die feit dat dit kwalik legitiem is om te praat van 'n stabiele land-see-grens vir daardie era as gevolg van die intensiewe erosie van die land as gevolg van die afwesigheid van plante. Dit sou meer korrek wees om voor te stel dat uitgestrekte gebiede dikwels oorstroom word met 'n hoogs onstabiele kuslyn, so was die voorwaardes vir die bestaan van sianobakteriese matte.
Die suurstof wat deur hulle vrygestel is - afvalprodukte - het die see binnegedring en in die onderste, en toe in die boonste lae van die Aarde se atmosfeer. In water het hy opgeloste metale, hoofsaaklik yster, in die atmosfeer geoksideer – die gasse wat deel daarvan was. Daarbenewens is dit bestee aan die oksidasie van organiese materiaal. Geen ophoping van suurstof het plaasgevind nie, slegs plaaslike toenames in die konsentrasie daarvan het plaasgevind.
Lang vestiging van 'n oksiderende atmosfeer
Op die oomblik word die suurstofoplewing van die einde van die Argean geassosieer met veranderinge in die Aarde se tektoniese regime (vorming van die werklike kontinentale kors en vorming van plaattektoniek) en die verandering in die aard van vulkaniese aktiwiteit wat veroorsaak word deur hulle. Dit het gelei tot 'n afname in die kweekhuiseffek en 'n lang Huron-gletsering, wat van 2,1 tot 2,4 miljard jaar geduur het. Dit is ook bekend dat die sprong (sowat 2 biljoen jaar gelede) gevolg is deur 'n daling in die suurstofinhoud, die redes daarvoor is nog onduidelik.
Gedurende byna die hele Proterosoïkum, tot 800 miljoen jaar gelede, het die konsentrasie suurstof in die atmosfeer gewissel, maar gemiddeld baie laag gebly, hoewel reeds hoër as in die Argeë. Daar word aanvaar dat so 'n onstabiele samestelling van die atmosfeer nie net met biologiese aktiwiteit geassosieer word nie, maar ook in 'n groot mate met tektoniese verskynsels en die regime van vulkanisme. Ons kan sê dat die suurstofkatastrofe in die geskiedenis van die Aarde vir byna 2 biljoen jaar gestrek het - dit was nie soseer 'n gebeurtenis nie as 'n lang komplekse proses.
Lewe en suurstof
Die verskyning van vrye suurstof in die see en atmosfeer as 'n neweproduk van fotosintese het gelei tot die ontwikkeling van aërobiese organismes wat in staat is om hierdie giftige gas in die lewe te assimileer en te gebruik. Dit verklaar deels die feit dat suurstof vir so 'n lang tydperk nie opgehoop het nie: lewensvorme het taamlik vinnig verskyn om dit te benut.
Die suurstof wat by die Argeiese-Proterosoïese grens gebars het, korreleer met die sogenaamde Lomagundi-Yatuliese gebeurtenis, 'n isotoop-anomalie van koolstof wat deur die organiese siklus gegaan het. Dit is moontlik dat hierdie oplewing gelei het tot die opkoms van vroeë aërobiese lewe, soos geïllustreer deur die Francville-biota wat ongeveer 2,1 miljard jaar gelede gedateer is, wat vermoedelik die eerste primitiewe veelsellige organismes op Aarde insluit.
Binnekort, soos reeds opgemerk, het die suurstofinhoud gedaal en toe gewissel rondom redelik lae waardes. Miskien 'n flits van die lewe wat 'n verhoogde verbruik van suurstof veroorsaak het,wat nog baie klein was, het 'n sekere rol gespeel in hierdie herfs? In die toekoms sou daar egter 'n soort "suurstofsakke" ontstaan, waar aërobiese lewe redelik gemaklik bestaan het en herhaalde pogings aangewend het om "die veelsellige vlak te bereik."
Gevolge en betekenis van die suurstofkatastrofe
Dus, die globale veranderinge in die samestelling van die atmosfeer was nie, soos dit geblyk het, katastrofies nie. Die gevolge daarvan het egter ons planeet radikaal verander.
Lewensvorme het ontstaan wat hul lewensaktiwiteit op hoogs doeltreffende suurstofrespirasie bou, wat die voorwaardes geskep het vir die daaropvolgende kwalitatiewe komplikasie van die biosfeer. Op sy beurt sou dit nie moontlik gewees het sonder die vorming van die osoonlaag van die Aarde se atmosfeer nie – nog 'n gevolg van die verskyning van vrye suurstof daarin.
Boonop kon baie anaërobiese organismes nie aanpas by die teenwoordigheid van hierdie aggressiewe gas in hul habitat nie en het uitgesterf, terwyl ander gedwing is om hulself te beperk tot bestaan in suurstofvrye "sakke". Volgens die figuurlike uitdrukking van die Sowjet- en Russiese wetenskaplike, mikrobioloog G. A. Zavarzin, het die biosfeer "binnebuite gedraai" as gevolg van die suurstofkatastrofe. Die gevolg hiervan was die tweede groot suurstofgebeurtenis aan die einde van die Proterosoïkum, wat gelei het tot die finale vorming van meersellige lewe.
