Oxygen Revolution og Snowball

Oxygen Revolution og Snowball

Sergey Yastrebov
"Kemi og liv", nr. 9, 2016

Andre artikler fra serien: "Syv tærskler i livets historie" (№8, 2016).

Dobbeltkantet sværd2

Biologiske egenskaber af molekylær oxygen (O2) mindst dobbelt. Oxygen er et kraftigt oxiderende middel, som du kan få en masse nyttig energi på og samtidig en stærk gift, der passerer frit gennem cellemembraner og ødelægger celler, hvis det ikke håndteres med omhu. Det er undertiden sagt, at ilt er et dobbeltkantet sværd (Nuværende biologi, 2009, 19, 14, R567-R574). Alle organismer, der beskæftiger sig med ilt, skal også have specielle enzymsystemer, der slukker dets kemiske virkning. Dem, der ikke har sådanne enzymsystemer, er dømt til at være strenge anaerobeer, der kun overlever i et iltfri miljø. På moderne jord er det nogle bakterier og arkæa.

Næsten alt ilt på jorden er af biogen oprindelse, det vil sige, det frigives af levende væsener (selvfølgelig taler vi nu om fri ilt og ikke om oxygenatomerne, der udgør andre molekyler). Hovedkilde O2 – Dette er ilt fotosyntese; Der er simpelthen ingen andre kendte reaktioner, der kan give den i sammenlignelige mængder.Fra skolebiologi ved vi, at fotosyntese kaldes glucosesyntese C6H12O6 kuldioxid CO2 og vand H2O, der optræder af lysets energi. Den vigtigste "hovedperson" her er kuldioxid, som genvindes af vand; ilt i denne reaktion er intet andet end et biprodukt, affald. Det er mindre kendt, at fotosyntese måske ikke fører til frigivelse af oxygen, hvis det i stedet for vand bruger noget andet stof som et reduktionsmiddel – for eksempel hydrogensulfid H2S, fri hydrogen H2 eller nogle jernforbindelser; sådan fotosyntese kaldes oxygenfri, der er flere forskellige muligheder for det.

Næsten sikkert syntes oxygenfri fotosyntese meget tidligere end oxygen. Derfor forårsagede fotosyntese, selvom det gik, for de første milliard år af livet (og mest sandsynligt længere) ikke nogen mætning af Jordens atmosfære med ilt. Oxygenindholdet i atmosfæren på det tidspunkt var ikke mere end 0,001% af det moderne – simpelthen det betyder, at det ikke var der virkelig.

Alt blev ændret, da blågrønalger eller cyanobakterier kom på scenen.Derefter blev disse skabninger forfædre af plastider, fotosyntetiske organeller af eukaryote celler (husk at eukaryoter kaldes organismer med cellekerner, i modsætning til prokaryoter, som besidder nukleare celler). Cyanobakterier er en meget gammel evolutionær gren. Ifølge jordens historie er de overraskende uændrede. For eksempel er den blågrønne algeroscillator, der er udbredt i moderne vandlegemer (Oscillatoria) har fossile slægtninge, der levede 800 millioner år siden, og de er næsten ikke skelnelige fra moderne oscillatorer (Cyanobacteria II's økologi. Deres mangfoldighed i rum og tid, Springer, 2012, 15-36). Således er oscillatoren et imponerende eksempel på en levende fossil. Men de allerførste cyanobakterier forekom meget tidligere end det – det bekræftes af paleontologiske data.

Typiske cyanobakterier – oscillatoren – og dens gamle slægtninge: moderne blågrønne alger af forskellige slægtsarter Oscillatoria (ogb), fossilblå grønne alger Oscillatoriopsis breviconvexa ogCephalophytarion grande (i, g) fra den australske placering af Bitter Springs, hvis alder er omkring 800 millioner år. Ligheden er så stor, at disse gamle alger ikke godt kunne tilskrives særlige slægter

I første omgang var cyanobakterier ikke talrige, fordi den oxygen-fotosyntese, de havde mestret, ikke gav nogen alvorlige fordele i forhold til den iltfri en, som andre mikrobergrupper ejede. Men disse mikrobes kemiske miljø ændrede sig gradvist. Øjeblikket kom, da "råmaterialerne" til iltfri fotosyntese simpelthen ophørte med at være nok. Og så ramte timen af ​​cyanobakterier.

Oxygen fotosyntese har en stor fordel – en fuldstændig ubegrænset forsyning af det oprindelige reduktionsmiddel (vand) og en stor ulempe – biproduktets høje toksicitet (oxygen). Ikke overraskende var denne type udveksling først "populær". Men med det mindste underskud af andre substrater, bortset fra vand, bør ejerne af ilt fotosyntese straks modtage en konkurrencefordel, hvilket er hvad der skete. Herefter kom en æra på omkring et milliard år, hvor Jordens udseende primært blev bestemt af cyanobakterier. For nylig blev det endda tilbudt at uformelt ringe til deres ære "cyanose" (M. Barbieri, Code Biology. En ny viden om livet, Springer, 2015, 75-91).

Graf for ændringer i koncentrationen af ​​ilt i Jordens atmosfære. Første skarpe stigning – Dette er oxygenrevolutionen

Det er på grund af cyanobakterier for 2,4 milliarder år siden begyndte iltrevolutionen, det er også en iltkatastrofe eller den store oxidative begivenhed (Great Oxidation Event, GOE). Strengt taget var denne begivenhed hverken øjeblikkelig eller helt unik (natur, 2014, 506, 7488, 307-315). Korte udbrud af iltkoncentration, "iltpuster" er sket tidligere, det er paleontologisk registreret. For endnu 2,4 milliarder år siden skete der noget nyt. På kort tid (ved jordens historie) (titusinder af år) steg koncentrationen af ​​ilt i atmosfæren omkring tusind gange og forblev på dette niveau; det faldt aldrig til dets tidligere ubetydelige værdier. Biosfæren er blevet irreversibel oxygen.

For det store flertal af gamle prokaryoter var et sådant iltniveau dødeligt. Ikke overraskende var det første resultat af oxygenrevolutionen en masseudslettelse. De fleste af dem overlevede, som formåede at skabe enzymer, der beskytter mod ilt, og nogle gange endda tykke cellevægge herudover (herunder cyanobakterierne selv måtte gøre det). Der er grund til at tro, at ilt i de første 100-200 millioner år af den "nye iltverden" kun var levende for levende organismer en gift og intet mere. Men så er situationen ændret.Biotas reaktion på oxygenudfordringen var udseendet af bakterier, som indeholdt ilt i reaktionskæden, der nedbryder glucose, og således begyndte at bruge det til energi.

Det viste sig straks, at iltoxidationen af ​​glucose (respiration) i energiplanen er meget mere effektiv end iltfri (fermentering). Det giver flere gange mere fri energi pr. Glukosemolekyle end nogen vilkårligt kompliceret version af iltfri udveksling. Samtidig forblev de indledende stadier af glukosedbrydning hos brugerne af respiration og fermentering almindelig: iltoxidation tjente kun som en overbygning over den allerede eksisterende gamle biokemiske mekanisme, som i sig selv ikke havde brug for ilt.

En gruppe mikrober, der har mestret den risikable, men effektive energiproduktion ved hjælp af oxygen, kaldes proteobakterier. Ifølge den nu almindeligt accepterede teori er det fra dem, at respiratoriske organeller fra eukaryotiske celler – mitokondrier – stammer fra.

Ifølge genetiske data er den nærmeste moderne relative af mitokondrier den lilla spiral alpha proteobacterium. Rhodospirillum rubrum (Molekylærbiologi og Evolution2004, 21, 9, 1643-1660).Rhospirillum besidder åndedræt, fermentering og iltfri fotosyntese, hvor hydrogensulfid anvendes i stedet for vand og kan skifte mellem disse tre typer af udveksling afhængigt af ydre forhold. Utvivlsomt er en sådan symbiote – det er i dette tilfælde den indre partner – meget nyttigt for eukaryoternes forfader.

Desuden mener mange moderne videnskabsmænd, at symbiosen af ​​oldtidens arkæa med proteobakterier – mitokondrierens forfædre – var impulsen til selve dannelsen af ​​en eukaryot celle (Evgeny Kunin. Case logic. M.: Tsentrpoligraf, 2014). Denne hypotese kaldes "tidlig mitokondriel". Hun foreslår, at opdelingen af ​​den fremtidige eukaryotiske celle i cytoplasma og kerne først fandt sted efter indførelsen af ​​det proteobakterielle symbiont i den. Det ældre "sent mitochondrial" scenario, ifølge hvilket proteobacterium simpelthen blev slugt op af en færdiggjort eukaryot celle (uafhængigt af en araea celle), ser nu meget mindre sandsynligt ud. Faktisk blev begge celler, både arkæale og proteobakterielle, alvorligt "reassembled" i foreningsprocessen, hvilket gav anledning til en slags chimera med nye egenskaber.Denne kimær er blevet en eukaryot celle; molekylære komponenter af arkæal og proteobakteriel oprindelse i den er stærkt blandet, idet funktionerne indbyrdes fordeles ("Palaeontological Journal", 2005, 4, 3-18). Uden proteobakterier ville eukaryoter ikke være opstået. Dette betyder, at deres udseende var en direkte konsekvens af oxygenrevolutionen.

I lyset af ovenstående ser ordene fra to moderne fremtrædende forskere, en paleontolog og en geolog næsten ikke overdrevet: "Alle er enige om, at udviklingen af ​​blågrønne alger var den væsentligste biologiske begivenhed på vores planet (endnu mere signifikant end udviklingen af ​​eukaryote celler og udseendet af multicellulære organismer)" (Peter Ward, Joe Kirschvink. En ny historie om livets oprindelse på jorden. St. Petersborg: Peter den Store, 2016). Faktisk ville den velkendte verden af ​​dyr og planter ikke eksistere nu, hvis det ikke var for cyanobakterierne og krisen forårsaget af dem.

Livets epoker

Jordens hele historie er opdelt i fire store intervaller, kaldet eoner (dette er højere end æraen). Navnene på eoner er som følger: katarhea eller kryber (4,6-4,0 milliarder år siden), archaea (4,0-2,5 milliarder år siden), proterozoiske (2,5-0,54 milliarder år siden) og phanerose (startede 0,54 milliarder år siden og fortsætter nu).Denne division vil hjælpe os konstant, det er virkelig praktisk. Lad os foretage en reservation, at det i næsten alle sådanne tilfælde ikke er værd at huske tidsgrænser, men en række epoker og hændelser relateret til dem: Dette er meget vigtigere. En undtagelse kan foretages med undtagelse af to eller tre grundlæggende datoer som jordens alder.

Katarhei er den såkaldte præ-dogologiske epoke, hvorfra der ikke er "normale" sten tilbage, der er anbragt i lag. Klassiske geologiske og paleontologiske metoder baseret på sammenligning af successive lag virker ikke der. De objekter, der er tilbage fra katarhea, er for det meste små zirconkorn, de eneste, hvor det påståede biogene carbon for nylig blev fundet. Meget lidt er kendt om katarheyskoy liv (hvis det var).

I arkæanen tilhører jorden prokaryoter – bakterier og archaea (behøver bare ikke forvirring, rokkenes tilfældighed i navnet på den geologiske æra "archaea" og gruppen af ​​mikrober "archaea" er faktisk en ulykke). Den arkæanske og proterozoiske grænse falder omkring tiden for en af ​​de stærke "iltpuster", der går forud for oxygenrevolutionen. Den meget iltrevolution opstod i begyndelsen af ​​den proterozoiske.

Proterozoic er æra med ilt og eukaryoter. Et interessant paradoks er forbundet med dating eukaryoter. Faktum er, at mere eller mindre pålideligt definerbare multicellulære eukaryoter forekommer i den fossile rekord meget tidligere end de samme pålideligt definerbare enhjulede. Filamentøs alge Grypania spiralis, som almindeligvis betragtes som en eukaryot, optrådte for 2,1 milliard år siden (Australasian Journal of Palaeontology, 2016, doi: 10.1080 / 03115518.2016.1127725). I retfærdighed må det siges, at hovedårsagen til influenzaens eukaryotiske karakter er dens store størrelse – alle andre tegn giver ikke tillid til, at dette ikke er en kæmpe cyanobakterie (palæontologi, 2015, 58, 1, 5-17). Men faktum er, at denne fund er ikke den eneste. Den ældste kendte eukaryote betragtes nu som en svampeorganisme. Diskagma buttonii 2,2 milliarder år gammelPrækambriansk forskning, 2013, 235, 71-87). Og så er der mystiske store spiralformede væsner – sandsynligvis er alger, hvis alder er mindst 2,1 milliarder år gamle, som i tilfælde af influenza (natur, 2010, 466, 7302, 100-104). Men den tidligste enkeltcelle, unikt defineret som eukaryoter, er kun 1,6 mia. År gammel (Philosophical Transactions of the Royal Society B2006, 361, 1470, 1023-1038). Dette betyder selvfølgelig ikke, at multicellulære eukaryoter faktisk optrådte tidligere end enkeltceller – sådan antagelse modsiger alle tilgængelige molekylære data.Enkeltcellede, lige værre bevarede, og de tegn, som du kan bestemme kroppen for, har de mindre.

Den ældste kendte eukaryote er en mystisk organisme. Diskagma buttonii 2,2 milliarder år gammel. Det ligner moderne glomeromyceter – primitive svampe, der lever i symbiose med blågrønne alger.

Ikke desto mindre følger meget vigtige konklusioner af sådanne data. Husk, at iltrevolutionens dato er 2,4 mia. År siden. Derfor ved vi, at kun 200 millioner år efter hende, ikke kun eukaryoter, men multicellulære eukaryoter optræder i den fossile rekord. Det betyder, at de første stadier af evolutionen af ​​eukaryoter blev overgået af standarderne for global historie meget hurtigt. Selvfølgelig tog det tid for den eukaryote celle at arrangere en symbiose med forældrene af mitokondrier, skabe en kerne, komplicere cytoskelettet – det intracellulære system af understøttende strukturer. Men da disse processer sluttede, var det muligt at skabe de første multicellulære organismer næsten umiddelbart. Dette krævede ikke yderligere enheder på celleplan. En hvilken som helst eukaryot celle har allerede et komplet sæt af molekylære elementer, der er nødvendige for at opbygge en multicellulær krop ud af sådanne celler (i det mindste en relativt simpel).Selvfølgelig er alle disse elementer ikke mindre nyttige for livet af en enkelt celle, ellers ville de simpelthen ikke være opstået. Utvivlsomt var den fælles forfader af eukaryoter unicellulær, og mange af dens efterkommere brugt aldrig multi-cellulær struktur. Eksempler på moderne enkeltcelle eukaryoter – amoeba, euglena, ciliater – vi ved fra skolebøger, men der er faktisk mange flere.

Oxyrevolutionen havde en anden vigtig konsekvens, der påvirker atmosfærens sammensætning. I den arkæanske atmosfære var der meget nitrogen (som nu), såvel som kuldioxid og metan (meget mere end nu). Kuldioxid og metan absorberer infrarød stråling meget godt og derved opretholder varmen i Jordens atmosfære og forhindrer det i at gå ud i rummet. Dette kaldes drivhuseffekten. Desuden antages det, at drivhuseffekten af ​​methan er mindst 20-30 gange stærkere end for kuldioxid. Og i arkeanske tider var der ca. 1000 gange mere metan i Jordens atmosfære end det er nu, og det gav et ret varmt klima.

Det interfererer også med astronomi. Ifølge den almindeligt accepterede teori om stjernens udvikling er solens lysstyrke langsomt men kontinuerligt voksende.I arkæanen var det kun 70-80% af den nuværende – det er klart, hvorfor drivhuseffekten var vigtig for at holde planeten varm. Men efter oxygenrevolutionen blev atmosfæren oxiderende og næsten alle metaner (CH4) blev til kuldioxid (CO2), hvis effektivitet som drivhusgas er meget lavere. Dette forårsagede den katastrofale Huron-glaciering, som varede omkring 100 millioner år og på nogle punkter dækkede hele Jorden: i landområder, der kun var nogle få grader fra ækvator, blev der fundet spor af gletsjere (Forsøg af National Academy of Sciences USA2005, 102, 32, 11131-11136). Toppen af ​​Huron-glaciationen kom for 2,3 milliarder år siden. Heldigvis kunne glaciation ikke stoppe jordens tæthonske tektoniske aktivitet; Vulkaner fortsatte med at udlede kuldioxid i atmosfæren, og over tid akkumulerede det sig nok til at genoprette drivhuseffekten og smelte isen.

De vigtigste klimatiske test var dog stadig foran.

Slutningen af ​​"kedelige milliarder"

De såkaldte "kedelige milliarder år" (Boring milliarder). På dette tidspunkt var der ingen glaciering, ingen bratte ændringer i atmosfærens sammensætning, ingen biosfæriske omvæltninger. Eukaryotiske alger levede i oceanerne og frigjorde gradvist ilt.Deres verden var på sin egen måde forskellige og komplekse. For eksempel fra de ældgamle milliarder æra er multicellulære røde og gule grønne alger kendt, overraskende ligner deres moderne slægtninge (Philosophical Transactions of the Royal Society B2006, 361, 1470, 1023-1038). Vises på nuværende tidspunkt og svampe (Paleobiology, 2005, 31, 1, 165-182). Men der er ingen multicellulære dyr i de "kedelige milliarder år". Vi vil være forsigtige: I øjeblikket kan ingen med absolut sikkerhed sige, at der ikke var flere celle dyr, men alle data om dette emne er i bedste fald meget kontroversielle (Prækambriansk forskning, 2013, 235, 71-87).

Biota "kedelige milliarder år": og – vand svampe Tappania 1,4 milliarder år gammelb – nærbillede af tapana deres struktur viser, at det er virkelig helt en typisk svampe, i – rød alge bangiomorpha pubescens en alder på 1,2 mia. år, idet der ikke henvises mere og ikke mindre end den moderne bangiyev-løsrivelse, et andet godt eksempel på et levende fossil

Hvad er der tale om? Dette antyder ideen om, at multicellularitet som sådan er meget mere forenelig med plantens livsstil end dyret. Enhver plantecelle er indesluttet i en stiv cellevæg, og der er ingen tvivl om, at dette i høj grad letter reguleringen af ​​den relative position af celler i en kompleks krop.Tværtimod er dyreceller frataget cellevæggen, deres form er ustabil og ændrer sig endda konstant med fagocytosehandlinger, det vil sige absorptionen af ​​fødevarepartikler. At samle hele organismen fra sådanne celler er en vanskelig opgave. Hvis der ikke optrådte multicellulære dyr overhovedet, og repræsentanter for planter eller svampe blev biologer, ville de sandsynligvis efter at have studeret dette problem konkluderet, at kombinationen af ​​multicellularitet med fravær af en cellevæg simpelthen er umulig. Under alle omstændigheder forklarer dette, hvorfor multicellularitet er sket mange gange i forskellige algeregrupper, men kun én gang hos dyr.

Der er en anden ide. I 1959 associerede den canadiske zoolog John Ralph Nercell den pludselige (som det var så tanke) udseende af dyr i fossilpladen med en stigning i koncentrationen af ​​ilt i atmosfæren (natur1959, 183, 4669, 1170-1172). Dyr har som regel aktiv mobilitet, som kræver så meget energi, at de ikke kan undvære iltrespiration. Og du har brug for en masse ilt. Og i æra med "kedelige milliarder" indhold Oh2 i atmosfæren nåede næsten bestemt ikke 10% af det nuværende niveau – et minimum, der ofte anses for nødvendigt for at bevare dyrelivet. Sandt nok er denne mistænkelige runde figur sandsynligvis overvurderet (Forsøg af National Academy of Sciences USA, 2014, 111, 11, 4168-4172). Sådanne forbehold forhindrer os dog ikke i at erkende, at Nercells gamle ide i det mindste ikke modsætter sig moderne data. Den estimerede begyndelse af udviklingen af ​​multicellulære dyr er meget tæt, men falder sammen med en ny stigning i koncentrationen af ​​atmosfærisk ilt i slutningen af ​​det proterozoiskeÅrlig gennemgang af økologi, evolution og systematik, 2015, 46, 215-235). Det kunne simpelthen ikke være en faktor, der lette dyrets udseende: i sidste ende jo mere ilt, jo bedre. Det er ikke nødvendigt at overveje kun iltfaktoren som strengt unik. Lad os huske, at i de tidspunkter, hvor ilt blev rigeligt, bemærkes der ikke gentagne forsøg på at skabe en multicellularitet af dyre typen. Dette forsøg var en succes for naturen kun én gang.

Den hyggelige æra af de "kedelige milliarder år" kunne have varet længe, ​​hvis geografi ikke havde interfereret med biologi. De dramatiske begivenheder, som selve verden blev helten af, tiltrak videnskabernes opmærksomhed i et halvt århundrede, men kun for 15 år siden kunne de sætte information om dem til et mere eller mindre sammenhængende billede. Lad os se et hurtigt kig på dette billede og begynde, som det burde være, fra starten.

I 1964 offentliggjorde engelske geolog Brian Harland en artikel om, atdet er absolut på alle kontinenter der spor af gammel glaciation, der går tilbage til samme tid – den sene proterozoiske. Det var i begyndelsen af ​​60'erne, at geologer lærte at bestemme fortidens position på kontinenterne ved hjælp af data om magnetisering af klipper. Harland indsamlet disse data og så, at de kun kunne forklares på en måde: forudsat at den sen-proterozoiske istid dækkede alle Jordens breddegrader på en gang, det vil sige, at den var all planetarisk. Andre hypoteser så endnu mindre sandsynlige ud (f.eks. Man skulle antage en utrolig hurtig bevægelse af polerne, så alle landene igen skulle være dækket af en polar cap). Som Sherlock Holmes sagde under søgen efter Jonathan Small, "slip alt det umulige, hvad der er tilbage, vil være svaret, uanset hvor utrolig det kan virke." Det var det, Harland gjorde. En detaljeret artikel skrevet af ham og en medforfatter foregiver ikke til nogen fornemmelse – fakta og konklusioner er blot ærligt angivet der (Videnskabelig amerikansk1964, 211, 2, 28-36). Ikke desto mindre var hypotesen om en planetglaciering for dristig for de fleste forskere.

Bogstaveligt talt i de samme år tog den berømte geofysiker, Leningrad Mikhail Ivanovich Budyko, teorien om gletsch. Han henledte opmærksomheden på, at istiden kan udvikle sig selv.Isdækket har en høj reflektivitet (albedo), så jo større det samlede areal af gletschere er, jo større er andelen af ​​solstråling reflekteret tilbage i rummet og tager med det varme. Jo mindre Jorden modtager varmen, jo koldere bliver det, og arealet af isdækket vokser som følge heraf, hæver albedo endnu mere. Det viser sig, at glaciering er en proces med positiv feedback, det vil sige, det er i stand til at forbedre sig selv. I dette tilfælde skal der være noget kritisk niveau af iskædning, hvorefter det vil stige, indtil isbølger fra nord- og sydpolen falder sammen ved ækvator, fuldstændig omslutter planeten i isdækket og sænker dens temperatur med flere snesevis af grader. Budyko viste matematisk, at en sådan udvikling er mulig (Tellus1969, 21, 5, 611-619). Men han havde ingen anelse om, at der i Jordens historie skete flere gange! For på den tid læste Budyko og Harland ikke hinanden endnu.

Snedækket jord

Nu er islændingen, som Harland opdagede, almindeligvis kaldt epok af "Snow-ground" (Snowball jorden). Det var tilsyneladende en planetarisk.Og dens hovedårsag anses for at være en kraftig svækkelse af drivhuseffekten som følge af en nedgang i kuldioxidkoncentrationen (som blev den største drivhusgas efter ilt "forbruges" næsten hele metan). Fotosyntese og åndedræt er sandsynligvis ikke skyldige. Hvis Jordens biota arrangeret selve iltrevolutionen, var det nu et offer for en ekstern faktor, som er helt biologisk karakter.

Faktum er, at omsætningen af ​​kuldioxid er meget mindre afhængig af levende væsener end omsætningen af ​​ilt. Den vigtigste kilde til atmosfærisk CO2 Vulkanudbrud eksisterer stadig på Jorden, og hovedvasken er en proces kaldet kemisk forvitring. Kuldioxid interagerer med sten, ødelægger dem og bliver samtidig til karbonater (HCO ioner3 eller CO32−). Sidstnævnte opløses godt i vand, men er ikke længere en del af atmosfæren. Og det viser sig ekstremt enkel afhængighed. Hvis vulkanernes intensitet overstiger intensiteten af ​​kemisk forvitring, er atmosfærens koncentration af CO2 vokser. Hvis derimod – falder.

I slutningen af ​​den "kedelige milliard" for 800 millioner år siden var næsten hele jordens jord en del af det eneste superkontinent kaldet Rodinia.Ifølge en kendt geolog har gigantiske superkontinenter, som store imperier i Jordens samfundshistorie, altid vist sig at være ustabile (V. E. Khain, M. G. Lomize. Geotektonik med grunde til geodynamik. M: MGU, 1995). Derfor er det ikke overraskende, at Rodinia begyndte at knække. Langs kanterne af fejlene størkede den udbrudte basalt, som straks blev genstand for kemisk forvitring. Der var da ingen jord, og forvitringsprodukterne blev let nedrevet i havet. Til sidst splittede Rodinia sig i syv eller otte små (omkring størrelsen af ​​Australien) kontinenter, der begyndte at dryppe fra hinanden. CO forbrug2 på forvitringen af ​​basalt førte til en dråbe i dens niveau i atmosfæren.

Vulkanisme, med hvilken sammenbruddet af superkontinentet var uundgåeligt ledsaget, kunne have kompenseret for dette, hvis ikke for en tilfældig omstændighed. På grund af nogle kendetegn ved kontinental drift var begge Rodinia og dets fragmenter placeret ved ækvator, i et varmt bælte, hvor kemisk vejrning gik hurtigt frem. Matematiske modeller viser, at koncentrationen af ​​CO2 faldt under tærsklen, hvor istiden begynder (natur, 2004, 428, 6980, 303-306).Og da det begyndte, var det for sent at forsinke forvitring.

Det må indrømmes, at kontinenternes position i det senes proterozoiske viste sig at være så uheldig (fra planets indbyggere) som muligt. Drift af kontinenterne styres af strømmen af ​​materiel af jordens mantel, hvis dynamik faktisk er ukendt. Men vi ved, at i dette tilfælde har disse vandløb samlet hele jordbunden i et enkelt kontinent, der ligger lige ved ækvator og langstrakt i breddegrad. Hvis han var ved en af ​​polerne eller blev strakt fra nord til syd, ville begyndelsen af ​​istiden lukke en del af klipperne mod vejrforhold og derved stoppe kuldioxid fra atmosfæren, så processen kunne sænkes. En sådan situation ses vi nu, når der er isark i Antarktis og Grønland (Videnskabelig amerikansk1999, 9, 38). Og i slutningen af ​​det proterozoiske var næsten alle store jordarealer tæt på ækvator – og var bare indtil det nordlige og det sydlige isark lukkede. Jorden er blevet en isbold.

Faktisk var der mindst tre episoder af Snowball Earth. Den første tilhørte Huron-glaciationen (som vi husker ikke skete på grund af kuldioxid, men på grund af metan). Så i mere end en milliard år var der slet ikke nogen gletschelse.Og derefter fulgte to andre planetariske glaciations adskilt af en kort pause, hvoraf den ene varede omkring 60 millioner år, den anden – i ca. 15 millioner år. Det var deres opdagelse af Brian Harland. Den geologiske periode, der dækker disse iskaliteter kaldes kryogeniske (den er en del af proterozoisk).

Dynamikken i en typisk episode af "Snowball" på eksemplet af den første (Sturt) fase af kryogen global glaciation

Lidt er kendt om kryogent dyreliv. Klimaet derefter på hele Jorden var, ifølge dagens standarder, Antarktis. Et kilometer islag dækkede det meste af verdenshavet, så intensiteten af ​​fotosyntese ikke kunne være høj. Lys, der pludselig bliver den mest værdifulde ressource, ramte kun oceanet på steder, gennem revner, polynyas eller små tynde ister. Overraskende nok var nogle multicellulære organismer i stand til at overleve kryogenier, uden at ændre sig overhovedet – for eksempel røde alger. Selv nu er de tilpasset til at bruge et meget svagt lys, der trænger ind i en sådan dybde, hvor ingen andre fotosyntetiske væsener allerede lever (Yu. T. Diakov. Introduktion til algologi og mykologi. Moskva: MGU, 2000).Ingen steder er der gået og single-celled plankton. Oxygenindholdet i det kryogene hav er faldet dramatisk, så livet i bunden var sandsynligvis mest anaerobt, men detaljerne herom er stadig skjult for os.

Slutningerne af Snowball-episoderne er også dramatiske på deres egen måde. Under planetariske glaciations, alle processer forbundet med absorption af store mængder kuldioxid, bogstavelig talt frøs. I mellemtiden blev vulkaner (hvis arbejde ingen stoppede) smidt væk og kastet væk af CO.2 ind i atmosfæren, gradvist bringe sin koncentration til store mængder. På et tidspunkt kunne isen ikke længere modstå drivhuseffekten, og derefter begyndte en lavine-lignende proces med opvarmning af planeten. Bogstaveligt talt i flere tusinde år – det vil sige geologisk i et øjeblik – smeltet hele isen, vandet udløb oversvømmede en væsentlig del af landet med lavt marginale hav, og jordens overflade, ifølge beregninger, hoppede til 50 ° C (Ingeniør og videnskab, 2005, 4, 10-20). Og først efter det begyndte Jordens gradvise tilbagevenden til den "normale" ekstraglaciale tilstand. Under kryogen blev hele denne cyklus færdiggjort mindst to gange.

Fortsættes i næste nummer.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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