Само преди 2,3 милиарда години въздухът около Земята не съдържаше абсолютно никакъв кислород. За примитивните форми на живот от онова време това обстоятелство беше истински дар.

Едноклетъчните бактерии, които са живели в първичния океан, не са се нуждаели от кислород, за да поддържат жизнените си функции. Тогава нещо се случи.

Как се появи кислородът на Земята?

Учените смятат, че докато са се развивали, някои бактерии са се „научили“ да извличат водород от водата. Известно е, че водата е съединение на водород и кислород, така че страничен продукт от реакцията на извличане на водород е образуването на кислород, освобождаването му във водата и след това в атмосферата.

С течение на времето някои организми са се адаптирали да живеят в атмосфера с новия газ. Тялото е намерило начин да овладее разрушителната енергия на кислорода и да я използва за контролирано разграждане на хранителни вещества, което освобождава енергия, която тялото използва, за да поддържа жизнените си функции.

Свързани материали:

Земни сблъсъци с метеорити

Този метод на използване на кислорода се нарича дишане, което използваме всеки ден, дори и днес. Дишането е начин да се предотврати заплахата от кислород: то направи възможно развитието на Земята на по-големи организми - многоклетъчни, които вече имат сложна структура. В крайна сметка именно чрез появата на дишането еволюцията роди човека.

Откъде идва кислородът на Земята?

През изминалите милиони години количеството кислород на земята се е увеличило от 0,2 процента до сегашните 21 процента от атмосферата. Но не само океанските бактерии са виновни за увеличаването на кислорода в атмосферата. Учените смятат, че друг източник на кислород са били сблъсъците на континентите. Според тях по време на сблъсъка, а след това и при последвалото разминаване на континентите, в атмосферата са изпуснати големи количества кислород.

Учените спорят от векове относно истинския източник на кислород на Земята. По предварителни данни през първата половина от живота си планетата Земя е била напълно без кислород.Повечето учени представят теорията, че преди 2,4 милиарда години на Земята е имало малко кислород. Атмосферата ни постепенно се изпълваше с кислород.

Как се появи кислородът на Земята? Смята се, че основният източник на кислород на Земята са цианобактериите. Това е фотосинтетичен микроб, който произвежда кислород. И благодарение на цианобактериите имаше рязък скок в съдържанието на кислород в атмосферата. Но кога и защо са се появили тези микроби все още не е напълно известно. Също така все още не е напълно ясно как точно е протекъл процесът на запълване на земната атмосфера с кислород. Известно е, че това е комбинация от остри глобално охлаждане, появата на нови видове и появата на нови минерални скали. Както каза Доминик Папин (специалист от Института Карнеги, Вашингтон), доктрината все още не може ясно да определи какво е причината и какво е следствието. Много неща се случиха почти едновременно и поради тази причина има толкова много различни несъответствия и противоречия. За да изясни допълнително геоложката страна на този въпрос, Доминик Папине изучава подробно процеса на образуване на желязо, както и седиментни скали, които се образуват на самото дъно на древни морета.

Изследванията му се фокусират върху конкретни минерали. Тези минерали се съдържат точно в железни образувания и те могат да бъдат свързани с появата на живота на древните микроби и тяхната смърт. Желязните минерали, които се намират доста на дъното на моретата, са най-големият източник желязна руда. И това не е само материал за производство на стомана. Според геолозите именно тук се крие богатата история на произхода на живота на планетата Земя.

И произходът на този източник все още остава голяма мистерия. Учените са установили, че за образуването му са необходими специални микроелементи, но все още не е известно какви. Тези морски организми са прости едноклетъчни организми, но за съжаление не са оставили никаква информация след себе си. И изследователите сега не могат да открият точно какви са били и какви са били.

Смята се, че строителят на такива железни минерали е цианобактерия. Кислородът, който излиза от него, окислява желязото в моретата и океаните много преди да се случи голямата кислородна експлозия. Но едно нещо остава неясно. Цианобактериите се появяват на планетата Земя много преди натрупването на кислород. Оказва се, че са минали стотици милиони години, преди нашата атмосфера да се напълни с кислород?

Може би отговорът се крие в сложното преплитане на биология и геология. Кислородът, който цианобактериите издишват, може да бъде унищожен от метан. И когато тези два газа си взаимодействат, водата и въглероден двуокис. Учените отбелязват, че кислородът не може да се натрупва в среда, богата на метан. Метаногените произвеждат метан и блокират всички пътища за натрупване на кислород на планетата и също така затоплят Земята в резултат на парниковия ефект. И след като планетата Земя се напълни с кислород, броят на тези организми намаля.

В което експериментално потвърждават своята хипотеза, обясняваща появата на кислород от нерастителен произход на Земята.

Почти всички живи същества използват кислород за дишане. Без да навлизаме особено във физиката и химията на процесите на клетъчно дишане, да кажем, че изборът на еволюция падна върху кислорода поради високата му способност да окислява, тоест лесно да добавя допълнителен електрон. Електронът влиза в електрическата транспортна верига от NADH или FADH 2 пътува по него и всичко завършва в синтез АТФ молекули- материалният еквивалент на съхранената енергия и добавянето на електрон към кислорода. Цялата тази реакция е възможна, защото такъв пренос на електрони е енергийно благоприятен и това отчасти се дължи на свойствата на кислорода.

Когато животът на Земята е възникнал, в атмосферата на практика е нямало кислород, както днес го няма на Венера или Марс. Древните бактерии са били принудени да използват други окислители, често енергийно по-неблагоприятни, но достъпни. NO 3 - , NO 2 - , Fe 3+ , фумарат и диметилсулфоксид, използвани от някои видове бактерии, имат по-висок редокс потенциал и са по-малко благоприятни като окислители. Много бактерии, които използват един от тези окислители, също са способни на кислородно дишане. Когато има кислород го дишат (така е по-изгодно), а когато няма кислород дишат с друг техен окислител (някак си трябва). Сяросъдържащите окислители (S, SO 4 -) имат по-нисък редокс потенциал. Това обаче прави кислорода токсичен за съответните микроорганизми и в атмосфера, съдържаща кислород, те умират. При по-високо организираните форми на живот анаеробното дишане е рядко и почти никога не служи като основен източник на енергия.

Могат ли високоразвитите форми на живот да използват нещо различно от кислород като окислител? Кислородът като окислител е енергийно по-благоприятен от повечето други субстрати (колкото по-нисък е редокс потенциалът на окислителя, толкова повече енергия се освобождава, когато един електрон преминава през електрическата транспортна верига). Това означава, че дишащите кислород организми са имали по-ефективен метаболизъм и са били по-добре адаптирани. От енергийна гледна точка субстратите, съдържащи сяра, също са доста полезни. Проблемът обаче е, че тези, които имат този тип дишане, умират в присъствието на кислород. Все още не е напълно ясно защо точно се случва това. Тоест, ако в атмосферата на Земята не се беше появил кислород, с течение на времето собствениците на сулфатно дишане биха могли да се развият допълнително. Но се появи кислород и те трябваше да отидат в „резервати“, където кислородът не тече.

Въпросът е откъде идва кислородът? Днес атмосферата на Земята съдържа приблизително 20% кислород. Произвежда се в такива огромни количества от фотосинтезиращи растения, главно дървета и водорасли. Но самите фотосинтезиращи растения сега дишат предимно кислород. За да могат мутациите, които позволяват дишането на кислород да се установят по време на еволюцията, това трябва да е полезно, което означава, че трябва да има кислород. IN големи количествакислородът на Земята се появи благодарение на цианобактериите. Това са азотфиксиращи бактерии, които могат да фотосинтезират. Тоест кислородът се появи масово на Земята като страничен продукт от фотосинтезата. Това събитие се нарича „Кислородна катастрофа“, очевидно поради мащаба на последствията.

Но въпросът дали е имало кислород преди това остава открит. През последните 40 години те стават все по-уверени, че кислородът е съществувал преди Кислородната катастрофа, а сега възможността за съществуването му е потвърдена експериментално.

До днес беше известен само един начин за образуване на молекулярен кислород при тогавашните условия. Състои се от два етапа: дисоциация на въглероден диоксид под въздействието на слънчевата ултравиолетова радиация въглероден окиси атомен кислород и реакцията на два кислородни атома, изискваща трети участник: атомите се комбинират, за да образуват молекула, а носителят (М) отвежда излишната енергия.

CO 2 + hν(UV) → CO + O

O+O+M → O 2 + M

Въпреки това изчисленията и след това експериментът, извършен от авторите на обсъжданата статия, показаха, че кислородът може да се образува от въглероден диоксид в една стъпка под въздействието на ултравиолетово лъчение:

CO 2 + hν(UV) → C+O 2

Експериментът използва лазер с дължина на вълната 200 nm; светлината с тази дължина на вълната обикновено се абсорбира от атмосферата, така че реакцията трябва да е настъпила в горните й слоеве. Такава реакция може да възникне дори сега, когато съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата се увеличи горни слоевеатмосферата на Земята, а може би и в атмосферите на други планети.

събития

Първата част от историята на Земята е била лишена от кислород; през този период на нея е нямало живот. Все още се води дебат дали които бяха основните биологични играчи на Земята без кислород, но повечето изследователи търсят корените този проблемв най-старите седиментни скали.

Повечето учени предполагат, че количеството кислород на Земята е било много малко преди около 2,4 милиарда години, докато атмосферата не се изпълни с кислород. Този драматичен скок в нивата на кислород в атмосферата се дължи на цианобактериите, фотосинтезиращ микроб, който издишва кислород.

Как и кога са се появили дишащите кислород микроби все още не е установено поради факта, че запълването на атмосферата с кислород е сложна комбинация от глобално застудяване, раждането на минерални скали и появата на нови видове.

„Все още не можем да определим каква е причината и каква е следствието“, каза Доминик Папин, специалист от института Карнеги във Вашингтон. „Много неща се случиха почти едновременно, така че има толкова много несигурност.“ За да се разбере геоложката страна на въпроса Papine изучава набора от железни и седиментни образувания, които се образуват на дъното на древни морета.

Изследванията на Papine се фокусират върху специални минерали, открити в железни образувания, които могат да бъдат свързани с живота и смъртта на древни микроби. Желязните минерали, открити дълбоко на дъното на моретата, са най-големият източник на желязна руда. Този източник обаче представлява нещо повече от материал за производство на стомана. Геолозите ги изучават, защото имат богата история, свързана с произхода на живота на Земята.

Произходът им обаче е много голяма мистерия. Повечето последен изход, което повечето учени вярват, е, че тяхното образуване изисква помощта на специални микроелементи, за съжаление, които все още не са идентифицирани. Тези прости едноклетъчни морски създания не са оставили нищо след себе си което може да помогне на изследователите да пресъздадат техния образ и да разберат какви са.

Възможно е градителят на тези железни минерали да е цианобактерия, а кислородът от тези бактерии е причинил окисляването на желязото в моретата и океаните още преди голямата кислородна експлозия. В този случай, защо, ако цианобактериите действително са се появили много преди натрупването на кислород на Земята, са били необходими няколкостотин милиона години, преди атмосферата да се напълни с кислород?

Може би Papine и неговите колеги са намерили отговора на въпроса под формата на сложно преплитане на биология и геология. Кислородът от цианобактерията може да бъде унищожен от метан.Когато тези два газа взаимодействат, се образуват въглероден диоксид и вода. Те също така отбелязаха, че кислородът не може да се натрупва в среда, богата на метан.

Метанът идва от бактерии, наречени метаногени, резултат от абсорбцията на въглероден диоксид и водород от тези бактерии и появата на метан става. Според този сценарий, метаногените и цианобактериите са доминирали в древните морета и океани,но броят на метаногените беше по-голям, така че когато те произведоха метан, той блокира пътищата за натрупване на кислород и също така затопли планетата в резултат на парниковия ефект. Но след като Земята се насити с кислород, броят на тези организми рязко намаля, което позволи на атмосферата да се напълни с този газ.

Всички знаем от училище, че дишаме кислород. Или въздух, съдържащ кислород. Оттогава знаем, че растенията произвеждат кислород, а ние произвеждаме въглероден диоксид. Така е, но влияе ли по някакъв начин на атмосферата на планетата?

Или просто леко прехвърляме съдържащия газ въздух от едно състояние в друго, което се смесва с океана от въздух, възстановявайки първоначалния баланс на въздушната смес, характерен за земната атмосфера в момента, без да променя нищо в общата среда въздушно пространство.

Кислородът и водата са единна водно-въздушна система на този етап от еволюцията на нашата планета, на която ние не можем да повлияем.

В далечното минало е имало гигантски пожари, когато са изгаряли горите на цели континенти. Гореше изтичащ от дълбините газ и бликащ като фонтан нефт. Изгоряха торфени блата и въглищни пластове. В същото време кислородът се изразходва в големи количества за изгаряне.

Всичко, което ние, хората, изгаряме през цялата си съзнателна история е нищо пред континентален пожар! В сравнение с горящото море от нефт, което гори от три години! И ще гори още две години, докато изгори напълно. Какво ще кажете за кислорода? Той е във въздуха и поддържа морето от петрол да гори. Освен това, ако на планетата има вода, когато нивото на кислорода намалява, започва процесът на активното му възстановяване до първоначалното ниво.

Гниещи растения

Дърветата произвеждат кислород, но също така го консумират чрез дишане и гниене на падналите листа. Дървото произвежда определено количество кислород по време на живота си. Но след смъртта, гниенето на ствола на дървото ще отнеме толкова кислород, ако не и повече, отколкото е произведено през целия му живот.

Да приемем, че кислородът се произвежда от растенията.

На нашето земно кълбо горите растат в Северна и Южна Америка, в Сибир в Африка и в Индия. Тоест локално, не навсякъде. Няма дървета в планините, пустините, степите, заснежените северни и Южни полюси. Ако погледнете картата, ще видите няколко малки площи земя, където има гори, които са, така да се каже, „белите дробове“ на нашата планета. Да речем.

Знаем, че в природата има кръговрат на водата. Тук няма въпроси. Знаем, че има топли и студени въздушни течения. В океаните има топли и студени течения. Всички те значително влияят върху климата на планетата.

Но по някаква причина никой не говори за кръговрата на кислорода в природата. Защо точно? В крайна сметка, където има гори, трябва да има повече кислород. А там, където няма гори, трябва да има липса на кислород. Логично погледнато, трябва да има въздушни „кислородни“ коридори, по които той да се движи около планетата заедно с вятъра. И трябва да има зони, където кислородът не достига. Но никога не сме получавали предупреждение за буря за, да речем, 10% намаление на нивата на кислород в пустинята Гоби поради засилени източни ветрове. Намален процент на кислород се получава само на възвишения; колкото по-висока е планината, толкова по-малко кислород.

Още един невероятен момент. Зима. всичко Северна Америкаи Евразия под снега. През октомври всички растения заспиват и едва през април първите листа цъфтят. всичко иглолистни дърветаТе също спят и не отделят кислород цели 6 месеца! Но ние не го забелязваме! Напротив, говорим за някаква зимна свежест! Е, каква свежест без кислород!

Среден Тихи океан- най-близката гора е на 5 хиляди километра и колко лесно се диша!

Изводът се налага сам: въздушните течения на планетата се движат голяма сумастуден и топъл въздух, което променя климата на същата географска ширина с няколко десетки градуса! Но нивото на кислород във въздуха остава непроменено на цялата планета и е 21%. И тъй като кислородът се произвежда от горите, които са разположени на 15-20% от площта на земното кълбо, такова равномерно разпределение на кислорода е просто невъзможно. Теорията, че растенията произвеждат кислород за цялата земна атмосфера, е несъстоятелна.

И така, откъде идва кислородът?

Предишната Метагалактика, компресирайки се, абсорбира цялата материя, включително вода, и всички газове заедно с кислорода. Рояк от черни дупки се слива в една черна дупка. Материята се „уплътнява“ от собствената си маса или „разрушаване на материята“.

Цялата материя на Метагалактиката се събра в една топка, така наречената про-майчина топка, с най-гигантската плътност на материята и най-много най-високо нивокомпресия. (Вижте статията „Произходът на нашата Вселена“)

Започна процесът на „Появата на материята” или нова, нашата Метагалактика.

Еволюционна верига на възникваща материя:

Promother Ball - експлозия - Безименна топка - експлозия - Quasar Ball - експлозия - Galaxy Ball - експлозия - Star Ball - изхвърляне - Planet Ball - емисия - Planet Satellite Ball.

Ядрото на нашата планета е частица от топката-майка. Само в процеса на еволюцията на Новата (нашата) Метагалактика ядрото на Земята има най-ниска плътност на материята и най-много ниско нивокомпресия, по отношение на Promother Ball.

Така ядрото на Земята съдържа всички елементи на предишната Метагалактика.

И така, след Марс Слънцето отново изхвърли част от ядрото си. Ядрото избухна в пламъци ярка светлина, а по удължената елиптична орбитазапочна да се движи около Слънцето, облъчвайки всички планети от Слънчевата система с изключително мощна радиация.

Ето как се появи нова звездаЗемята.

Скоро тази звезда изгасна, превръщайки се в планета и върху нея започнаха процеси на охлаждане.

Изливане на магма, първото втвърдяване на кората и огромно отделяне на газове.

И тъй като ядрото съдържа всички елементи на предишната Метагалактика, изтичащите газове също включват вода. Първоначалната вода е била свръхтежка, със свръхтежък кислород, такава вода е имала висока радиоактивност, но в процеса на еволюция е станала такава, каквато я познаваме. Газът на модерен вулкан също съдържа вода, но в много по-малки количества.

Е, където има вода, има и свободен кислород. Къде се отделя кислород от водата? В океаните - може би. Но съдейки по равномерното разпределение на кислорода в земната атмосфера, кислородът се отделя от водните пари в горната атмосфера, под въздействието на слънчевата светлина, и пада равномерно върху цялата планета, независимо дали е екваторът или полюсът.