Великое кислородное событиеМои беседы с ИИ
Великое кислородное событие (англ. Great Oxidation Event, GOE) — глобальное изменение состава атмосферы Земли, в результате которого в ней появился свободный кислород, а сама атмосфера из восстановительной стала окислительной. Это произошло примерно
2,4 миллиарда лет назад, на рубеже архейского и протерозойского эонов.
Как это было
До события атмосфера Земли состояла из углекислого газа, метана, аммиака и сероводорода — для нас абсолютно непригодная смесь. Жизнь существовала исключительно в анаэробном (бескислородном) режиме: свободный кислород был для древних микроорганизмов ядом, он агрессивно окислял органику и разрушал клеточные мембраны.
Главные действующие лица —
цианобактерии (сине-зелёные водоросли). Они первыми освоили кислородный фотосинтез: расщепляли воду, используя солнечный свет, и выделяли кислород как побочный продукт. Но сотни миллионов лет этот кислород не накапливался — его поглощала «химическая губка»:
растворённое в океане двухвалентное железо окислялось до ржавчины (оксидов) и выпадало в осадок, образуя
полосчатые железистые формации — крупнейшие залежи железных руд на планете (например, Курская магнитная аномалия);
кислород расходовался на окисление минералов и газов.
Когда всё доступное железо было окислено, «губка переполнилась», и свободный кислород начал накапливаться сначала в верхних слоях океана, а затем прорвался в атмосферу. По уточнённым данным, это произошло около
2,33 млрд лет назад, и сам переход занял от 1 до 10 миллионов лет (с погрешностью оценки ±7 млн лет).
Причины: биология или геология?
Долгое время считалось, что именно появление цианобактерий вызвало событие. Но сейчас данные говорят, что фотосинтезирующие организмы существовали уже в начале архея — за сотни миллионов лет до GOE. Ключевым триггером, вероятно, стало
изменение характера земного вулканизма: в атмосферу стало поступать меньше восстановительных газов (метана, сероводорода), которые раньше поглощали кислород. Когда приток этих газов упал ниже критического уровня, кислород начал накапливаться.
Последствия
Первое массовое вымирание. Анаэробные бактерии, составлявшие подавляющее большинство биосферы, гибли миллиардами — кислород для них был смертельным ядом. Выжившие отступили в бескислородные ниши: глубоко под землю, на дно сероводородных впадин. Образно говоря, «биосфера вывернулась наизнанку» — аэробные сообщества заняли поверхность, а анаэробные оказались в карманах.
Гуронское оледенение. Кислород окислил метан в атмосфере, превратив его в углекислый газ — гораздо более слабый парниковый газ. А ведь в архее метана было примерно в 1000 раз больше, чем сейчас, и при светимости Солнца всего 70–80% от современной именно он удерживал тепло. Потеря метана привела к резкому ослаблению парникового эффекта — планета превратилась в «снежный шар». Оледенение длилось около 100–300 миллионов лет, и следы ледников найдены даже в приэкваториальных областях.
Новые минералы. Число минералов более чем удвоилось — с ~1500 до ~4000. Появились красноцветы (песчаники с оксидами железа), сульфатные минералы, разбухающие глины. Изменился состав осадочных пород.
Озоновый слой. Со временем кислород в верхних слоях атмосферы образовал озон, который стал защищать поверхность от ультрафиолета — это существенно расширило границы биосферы.
Эволюция аэробного дыхания. Ответом биоты на кислородный вызов стало появление бактерий, которые научились использовать кислород для расщепления глюкозы — это энергетически гораздо выгоднее анаэробного метаболизма. В дальнейшем именно кислородное дыхание позволило эволюции создать сложные многоклеточные организмы.
Это было не мгновенно
Современные данные показывают, что «событие» было сильно растянутым во времени — не менее 1,5 млрд лет, с двумя выраженными скачками (около 2,5 и 0,8–0,9 млрд лет назад) и как минимум одним падением (около 2,1 млрд лет назад). Уровень кислорода постоянно колебался, падая почти до нуля и снова взлетая. Атмосфере потребовался более чем миллиард лет, чтобы окончательно стабилизироваться.
69
