Hành tinh của chúng ta là một hệ thống phức tạp đã và đang phát triển năng động trong hơn 4,5 tỷ năm. Tất cả các thành phần của hệ thống này (vật rắn của Trái đất, thủy quyển, khí quyển, sinh quyển), tương tác với nhau, liên tục thay đổi theo một mối quan hệ phức tạp, đôi khi không rõ ràng. Trái đất hiện đại là kết quả trung gian của quá trình tiến hóa lâu dài này.
Một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống mà Trái đất là - bầu khí quyển, tiếp xúc trực tiếp với thạch quyển, và vỏ nước, sinh quyển và với bức xạ mặt trời. Ở một số giai đoạn phát triển của hành tinh chúng ta, bầu khí quyển đã trải qua những thay đổi rất đáng kể với những hậu quả sâu rộng. Một sự thay đổi toàn cầu như vậy được gọi là thảm họa oxy. Ý nghĩa của sự kiện này trong lịch sử Trái đất là đặc biệt to lớn. Rốt cuộc, với anh ấy, sự phát triển hơn nữa của sự sống trên hành tinh đã được kết nối.
Thảm họa oxy là gì
Thuật ngữ này xuất hiện vào đầu nửa sau của thế kỷ 20, khi dựa trên nghiên cứu về các quá trình trầm tích của Precambrian,kết luận về sự gia tăng đột ngột hàm lượng oxy lên đến 1% so với lượng hiện tại (điểm Pasteur). Kết quả là, bầu khí quyển giả định là một đặc tính oxy hóa ổn định. Điều này dẫn đến sự phát triển của các dạng sống sử dụng quá trình hô hấp oxy hiệu quả hơn nhiều thay vì lên men bằng enzym (đường phân).
Nghiên cứu hiện đại đã có những cải tiến đáng kể đối với lý thuyết tồn tại trước đây, cho thấy rằng hàm lượng oxy trên Trái đất cả trước và sau ranh giới Archean-Proterozoi dao động đáng kể, và nói chung lịch sử của khí quyển phức tạp hơn nhiều so với trước đây nghĩ.
Bầu không khí cổ đại và các hoạt động của cuộc sống nguyên thủy
Thành phần cơ bản của khí quyển không thể được xác định với độ chính xác tuyệt đối, và nó không chắc là không đổi trong thời đại đó, nhưng rõ ràng là nó dựa trên khí núi lửa và các sản phẩm của sự tương tác của chúng với đá của bề mặt trái đất. Điều quan trọng là trong số chúng không thể có oxy - nó không phải là sản phẩm của núi lửa. Bầu không khí ban đầu như vậy đã được phục hồi. Hầu như tất cả oxy trong khí quyển đều có nguồn gốc sinh học.
Các điều kiện địa hóa và cách ly có lẽ đã góp phần hình thành các thảm - quần xã sinh vật nhân sơ nhiều lớp, và một số trong số chúng đã có thể thực hiện quang hợp (ví dụ, anoxygenic đầu tiên dựa trên hydrogen sulfide). Không lâu sau, dường như đã ở nửa đầu của kỷ Archean, vi khuẩn lam đã làm chủ được quá trình quang hợp oxy năng lượng cao,mà trở thành thủ phạm của quá trình này, được đặt tên là thảm họa ôxy trên Trái đất.
Nước, khí quyển và oxy trong Archean
Cần phải nhớ rằng cảnh quan nguyên thủy được phân biệt chủ yếu bởi thực tế là khó có thể chính đáng để nói về một ranh giới đất-biển ổn định trong thời đại đó do sự xói mòn nghiêm trọng của đất do thiếu thực vật.. Sẽ đúng hơn nếu tưởng tượng những khu vực rộng lớn thường bị ngập lụt với đường bờ biển không ổn định cao, đó là điều kiện cho sự tồn tại của thảm vi khuẩn lam.
Ôxy do chúng thải ra - các chất thải - đi vào đại dương và xuống tầng dưới, rồi vào các lớp trên của bầu khí quyển Trái đất. Trong nước, ông oxy hóa các kim loại hòa tan, chủ yếu là sắt, trong khí quyển - các khí là một phần của nó. Ngoài ra, nó đã được chi cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ. Không có sự tích tụ oxy xảy ra, chỉ xảy ra sự gia tăng cục bộ nồng độ của nó.
Lâu ngày hình thành bầu không khí oxy hóa
Hiện tại, sự gia tăng oxy ở cuối Kỷ Cổ có liên quan đến những thay đổi trong chế độ kiến tạo của Trái đất (hình thành lớp vỏ lục địa thực và hình thành các mảng kiến tạo) và sự thay đổi bản chất của hoạt động núi lửa do họ. Nó dẫn đến giảm hiệu ứng nhà kính và tạo ra một đợt băng hà kéo dài ở Huron, kéo dài từ 2,1 đến 2,4 tỷ năm. Người ta cũng biết rằng sự nhảy vọt (khoảng 2 tỷ năm trước) được theo sau bởi sự sụt giảm hàm lượng oxy, nguyên nhân vẫn chưa rõ ràng.
Trong suốt gần như toàn bộ Đại Nguyên sinh, cách đây 800 triệu năm, nồng độ oxy trong khí quyển dao động, tuy nhiên, ở mức trung bình rất thấp, mặc dù đã cao hơn trong Archean. Người ta cho rằng thành phần không ổn định như vậy của khí quyển không chỉ liên quan đến hoạt động sinh học mà còn ở mức độ lớn với các hiện tượng kiến tạo và chế độ của núi lửa. Chúng ta có thể nói rằng thảm họa oxy trong lịch sử Trái đất kéo dài gần 2 tỷ năm - nó không phải là một sự kiện quá nhiều mà chỉ là một quá trình phức tạp lâu dài.
Sự sống và oxy
Sự xuất hiện của oxy tự do trong đại dương và khí quyển như một sản phẩm phụ của quá trình quang hợp đã dẫn đến sự phát triển của các sinh vật hiếu khí có khả năng đồng hóa và sử dụng khí độc này trong cuộc sống. Điều này giải thích một phần thực tế là oxy đã không tích tụ trong một thời gian dài như vậy: các dạng sống xuất hiện khá nhanh để sử dụng nó.
Vụ nổ oxy tại ranh giới Archean-Proterozoi tương quan với cái gọi là sự kiện Lomagundi-Yatulian, một dị thường đồng vị của carbon đã đi qua chu trình hữu cơ. Có thể sự gia tăng này đã dẫn đến sự trỗi dậy của sự sống hiếu khí ban đầu, được minh chứng bởi quần thể sinh vật Francville có niên đại khoảng 2,1 tỷ năm trước, bao gồm những sinh vật đa bào nguyên thủy đầu tiên trên Trái đất.
Ngay sau đó, như đã lưu ý, hàm lượng oxy giảm xuống và sau đó dao động xung quanh các giá trị khá thấp. Có thể một khoảnh khắc sống khiến lượng oxy tiêu thụ tăng lên,vẫn còn rất nhỏ, đóng một vai trò nhất định trong mùa thu này? Tuy nhiên, trong tương lai, một số loại “túi oxy” nhất định sẽ phát sinh, nơi sự sống hiếu khí tồn tại khá thoải mái và thực hiện nhiều lần nỗ lực để “đạt đến cấp độ đa bào.”
Hậu quả và tầm quan trọng của thảm họa oxy
Vì vậy, những thay đổi toàn cầu trong thành phần của khí quyển không phải là thảm họa. Tuy nhiên, hậu quả của chúng đã thực sự thay đổi hoàn toàn hành tinh của chúng ta.
Các dạng sống xuất hiện xây dựng hoạt động sống của chúng dựa trên quá trình hô hấp oxy hiệu quả cao, tạo tiền đề cho sự biến đổi chất lượng tiếp theo của sinh quyển. Đổi lại, sẽ không thể xảy ra nếu không có sự hình thành tầng ôzôn của bầu khí quyển Trái đất - một hệ quả khác của sự xuất hiện của oxy tự do trong đó.
Ngoài ra, nhiều sinh vật kỵ khí không thể thích nghi với sự hiện diện của loại khí hung hãn này trong môi trường sống của chúng và chết dần, trong khi những sinh vật khác buộc phải hạn chế tồn tại trong các "túi" không có oxy. Theo cách diễn đạt tượng hình của nhà khoa học Liên Xô và Nga, nhà vi sinh vật học G. A. Zavarzin, sinh quyển “từ trong ra ngoài” là kết quả của thảm họa ôxy. Hệ quả của việc này là sự kiện oxy lớn thứ hai vào cuối Đại Nguyên sinh, dẫn đến sự hình thành cuối cùng của sự sống đa bào.
