Geologická historie kyslíku - Geological history of oxygen

Nahromadění O 2 v zemské atmosféře . Červené a zelené čáry představují rozsah odhadů, zatímco čas je měřen před miliardami let (Ga).
Fáze 1 (3,85–2,45 Ga): Prakticky žádný O 2 v atmosféře.
Fáze 2 (2,45–1,85 Ga): Produkován O 2 , ale absorbovaný v oceánech a hornině mořského dna.
Fáze 3 (1,85–0,85 Ga): O 2 začíná plynovat z oceánů, ale je absorbováno povrchem pevniny a tvorbou ozonové vrstvy.
Fáze 4 a 5 (0,85 Ga – přítomen): O 2 se naplní, plyn se hromadí.

Než se vyvinula fotosyntéza , zemská atmosféra neměla žádný volný kyslík (O 2 ). Fotosyntetické prokaryotické organismy, které produkovaly O 2 jako odpadní produkt, žily dlouho před prvním nahromaděním volného kyslíku v atmosféře, možná již před 3,5 miliardami let. Kyslík, který produkovali, by byl rychle odstraněn z oceánů zvětráváním redukujících minerálů, zejména železa . Toto rezivění vedlo k usazování oxidu železa na dně oceánu a vytvářelo pruhované železné útvary . Oceány tedy zrezivěly a zčervenaly. Kyslík začal v atmosféře přetrvávat jen v malých množstvích asi 50 milionů let před začátkem Velké okysličovací události . Toto hromadné okysličování atmosféry mělo za následek rychlé nahromadění volného kyslíku. Při současných rychlostech primární produkce by dnešní koncentraci kyslíku mohly vyrobit fotosyntetické organismy za 2 000 let. Při absenci rostlin byla rychlost produkce kyslíku fotosyntézou v prekambrii pomalejší a dosažené koncentrace O 2 byly menší než 10% dnešních a pravděpodobně velmi kolísaly; kyslík mohl dokonce zmizet z atmosféry znovu přibližně před 1,9 miliardami let . Tyto výkyvy koncentrace kyslíku měly malý přímý vliv na život, přičemž hromadné vyhynutí nebylo pozorováno, dokud se neobjevil složitý život kolem začátku kambrijského období, před 541  miliony let . Přítomnost O
2
, molekula s vysokou energií, poskytla životu nové příležitosti. Aerobní metabolismus je účinnější než anaerobní cesty a přítomnost kyslíku vytvořila nové možnosti pro život. Od začátku kambrijského období kolísaly koncentrace kyslíku v atmosféře mezi 15% a 35% atmosférického objemu. Ke konci karbonského období (asi před 300 miliony let) bylo dosaženo maxima 35% , což je vrchol, který mohl v té době přispět k velké velikosti hmyzu a obojživelníků. Zatímco lidské činnosti, jako je spalování fosilních paliv , ovlivňují relativní koncentrace oxidu uhličitého, jejich vliv na mnohem větší koncentraci kyslíku je méně významný.

Účinky na život

Velká okysličovací událost měla první velký vliv na průběh evoluce. Kvůli rychlému hromadění kyslíku v atmosféře zemřelo mnoho organismů, které se nespoléhaly na kyslík. Koncentrace kyslíku v atmosféře je často uváděna jako možný přispěvatel k rozsáhlým evolučním jevům, jako je původ mnohobuněčné bioty Ediacara , kambrijská exploze , trendy ve velikosti těla zvířat a další události vyhynutí a diverzifikace.

Data ukazují nárůst biologického objemu brzy po Velké okysličovací události více než stonásobně a mírnou korelaci mezi atmosférickým kyslíkem a maximální velikostí těla později v geologickém záznamu. Velká velikost hmyzu a obojživelníků v karbonském období , kdy koncentrace kyslíku v atmosféře dosáhla 35%, byla přičítána omezující roli difúze v metabolismu těchto organismů. Haldanova esej ale upozorňuje, že by se týkala pouze hmyzu. Biologický základ této korelace však není pevný a řada důkazů ukazuje, že koncentrace kyslíku v moderním hmyzu neomezuje velikost. Ekologická omezení mohou lépe vysvětlit zmenšenou velikost postkarbonských vážek - například vzhled létajících konkurentů, jako jsou pterosauři , ptáci a netopýři.

Rostoucí koncentrace kyslíku byly citovány jako jeden z několika faktorů evoluční diverzifikace, ačkoli fyziologické argumenty za těmito argumenty jsou diskutabilní a konzistentní schéma mezi koncentracemi kyslíku a rychlostí evoluce není jasně evidentní. Nejslavnější spojení mezi kyslíkem a evolucí se objevuje na konci posledního zalednění Snowball , kde se ve fosilním záznamu poprvé nachází složitý mnohobuněčný život. Při nízkých koncentracích kyslíku a před vývojem fixace dusíku byly biologicky dostupné sloučeniny dusíku v omezeném množství a periodické „dusíkové krize“ mohly způsobit, že oceán bude nehostinný k životu. Významné koncentrace kyslíku byly jen jedním z předpokladů vývoje komplexního života. Modely založené na uniformitariánských principech (tj. Extrapolace současné dynamiky oceánů do hlubokého času) naznačují, že takové koncentrace bylo dosaženo pouze bezprostředně předtím, než se metazoa poprvé objevila ve fosilním záznamu. Kromě toho se anoxické nebo jinak chemicky „ošklivé“ oceánské podmínky, které se podobají podmínkám, které mají inhibovat makroskopický život, v intervalech objevují v raném kambriu a také v pozdní křídě-bez zjevného vlivu na formy života v těchto dobách. To by mohlo naznačovat, že geochemické podpisy nalezené v oceánských sedimentech odrážejí atmosféru jiným způsobem než před kambriem - možná jako důsledek zásadně odlišného způsobu koloběhu živin při absenci planktivity.

Atmosféra bohatá na kyslík může uvolňovat z hornin fosfor a železo zvětráváním a tyto prvky se pak stanou dostupnými pro obživu nových druhů, jejichž metabolismus vyžaduje tyto prvky jako oxidy.

Reference

externí odkazy