Deguonies revoliucija ir sniego gniūžtė

Deguonies revoliucija ir sniego gniūžtė

Sergejus Ястребов
"Chemija ir gyvybė" №9, 2016

Kiti straipsniai iš serijos: "Septynios gyvenimo istorijos ribos" (№ 8, 2016).

Dvigubais kraštais kardas2

Molekulinio deguonies biologinės savybės (O.2) bent dvigubai. Deguonis yra galingas oksidatorius, su kuriuo galite gauti daug naudingos energijos ir tuo pat metu stiprią nuodą, kuri laisvai praeina per ląstelių membranas ir naikina ląsteles, jei su ja nekreipiama dėmesio. Kartais sakoma, kad deguonis yra dviašmenis kardas (Dabartinė biologija, 2009, 19, 14, R567-R574). Visi organizmai, veikiantys deguonį, turi turėti ir specialias fermentų sistemas, kurios slopina cheminį poveikį. Tie, kurie neturi tokių fermentų sistemų, yra pasmerkti kaip griežti anaerobai, išgyvenantys tik be deguonies aplinkoje. Šiuolaikinėje Žemėje tai yra kai kurios bakterijos ir archeos.

Beveik visas deguonis Žemėje yra biogeninės kilmės, tai yra, išlaisvina gyvosios būtybės (žinoma, dabar mes kalbame apie laisvą deguonį, o ne apie deguonies atomus, sudarančius kitas molekules). Pagrindinis šaltinis O2 – Tai yra deguonies fotosintezė; Paprasčiausiai nėra kitų žinomų reakcijų, galinčių ją palyginti.Iš mokyklos biologijos mes žinome, kad fotosintezė vadinama gliukozės sinteze C6H12O6 CO 2 anglies dioksidas2 ir vanduo H2O, pasireiškianti šviesos energija. Pagrindinis "protagonistas" čia yra anglies dioksidas, kuris išgaunamas vandeniu; Deguonis šioje reakcijoje yra tik šalutinis produktas, atliekos. Mažiau žinoma, kad fotosintezė gali nesukelti deguonies, jei vietoj vandens jis naudoja kokią nors kitą medžiagą kaip reduktorių – pavyzdžiui, vandenilio sulfido H2S, laisvas vandenilis H2 arba kai kurie geležies junginiai; toks fotosintezė vadinama deguonimi, tai yra keletas skirtingų variantų.

Beveik be abejo, dekstrozės fotosintezė pasirodė gerokai anksčiau nei deguonis. Todėl pirmą milijardą metų gyvenimą (ir, greičiausiai, ilgiau), fotosintezė, nors ji ir buvo, nesukėlė Žemės atmosferos su deguonimi. Deguonies kiekis atmosferoje tuo metu buvo ne daugiau kaip 0,001% šiuolaikinio – paprasčiausiai kalbant, tai reiškia, kad tai tikrai nebuvo.

Viskas pasikeitė, kai atsirado mėlynos žaliosios dumblės ar cianobakterijos.Vėliau šie tvariniai tapo plastikų, fotosintezinių eukariotinių ląstelių organellų protėviais (prisiminkite, kad eukariotai vadinami organizmais su ląstelių branduoliais, skirtingai nei prokariotams, turintiems be branduolinių ląstelių). Cyanobacteria yra labai senovės evoliucijos šaka. Pagal žemės istorijos standartus jie stebėtinai nepakitę. Pavyzdžiui, šiuolaikiniuose vandens telkiniuose plačiai paplitęs mėlynai žalios dumblių generatorius (Oscilatorija) turi iškastinius giminaičius, gyvenusius 800 milijonus metų ir beveik nesiskiriantys nuo šiuolaikinių osciliatorių ("Cyanobacteria II ekologija. Jos įvairovė erdvėje ir laikais", Springer, 2012, 15-36). Taigi, generatorius yra įspūdingas gyvų iškastinių šaltinių pavyzdys. Tačiau pačios pirmosios cianobakterijos atsirado daug anksčiau nei tai padarė – tai patvirtina paleontologiniai duomenys.

Tipiškos cyanobacteria – osciliatorius – ir jos senovės giminaičiai: šiuolaikiniai mėlynaisiais dumbliais įvairių rūšių genties Oscilatorija (ab), iškastiniai mėlynieji žalieji dumbliai Oscillatoriopsis breviconvexa irCephalophytarion grande (į, g) iš Australijos Bitter Springs buvimo vietos, kurios amžius yra apie 800 milijonų metų. Panašumas yra toks didelis, kad šių senovinių dumblių negalima priskirti ypatingoms giminėms

Iš pradžių, cianobakterijų nebuvo daug, nes jų deguonies fotosintezė nesukėlė jokių rimtų pranašumų nei bekarbonas, kurį turėjo kitos mikrobų grupės. Tačiau šių mikrobų cheminė aplinka palaipsniui pasikeitė. Atėjo momentas, kai "žaliavos" be deguonies fotosintezei tiesiog nebebuvo pakankamai. Tada prasibravo cianobakterijų valanda.

Deguonies fotosintezė turi vieną didelį pranašumą – visiškai neribotą pirminio reduktoriaus (vandens) tiekimą ir vieną didelį trūkumą – didelį šalutinių produktų (deguonies) toksiškumą. Nenuostabu, kad iš pradžių šis apsikeitimas nebuvo "populiarus". Tačiau esant mažiausiam kitų substratų, išskyrus vandenį, deguonies fotosintezės savininkai turėtų nedelsdami gauti konkurencinį pranašumą, kas taip atsitiko. Po to atsirado apie milijardą metų, per kurią Žemės atsiradimas pirmiausia buvo nustatytas cianobakterijų. Neseniai netgi buvo pasiūlyta neoficialiai pašaukti savo garbę "cianozė" (M. Barbieri, Code Biology, "Naujas gyvenimo mokslas", Springer, 2015, 75-91).

Diagrama apie deguonies koncentracijos pokyčius Žemės atmosferoje. Pirmasis ryškus pakilimas – tai yra deguonies revoliucija

Prieš 2,4 milijardo metų prasidėjus dezinfekcijos revoliucijai, ji taip pat yra deguonies katastrofa arba didysis oksidacinis įvykis (Didysis oksidacijos įvykis, GOE). Griežtai tariant, šis įvykis nebuvo nei momentinis, nei visiškai unikalus (Gamta, 2014, 506, 7488, 307-315). Prieš tai įvyko trumpos deguonies koncentracijos "deguonies kvėpavimas", tai įrašyta paleontologiškai. Dar prieš 2,4 milijardus metų įvyko kažkas naujo. Per trumpą laiką (pagal žemės istorijos standartus) (dešimtys milijonų metų) deguonies koncentracija atmosferoje padidėjo apie tūkstantį kartų ir išliko tokiu lygiu; ji niekada nesiliauja į buvusius nereikšmingus vertybes. Biosfera tapo negrįžtamai deguonimi.

Daugumai senovės prokaritų toks deguonies lygis buvo mirtinas. Nenuostabu, kad pirmasis deguonies revoliucijos rezultatas buvo masinis išnykimas. Daugelis iš jų išgyveno, kuriems pavyko sukurti fermentus, kurie apsaugo nuo deguonies, o kartais net ir storos ląstelių sienelės (taip pat ir cianobakterijos turėjo tai padaryti). Yra pagrindo manyti, kad per pirmuosius 100-200 milijonus metų "naujojo deguonies pasaulio" deguonis gyviesiems organizmams buvo tik nuodus ir nieko daugiau. Bet tada situacija pasikeitė.Biota reakcija į deguonies iššūkį buvo bakterijų atsiradimas, į kurį įtrauktas deguonis gliukozės skilimo reakcijų grandinėje, taigi ji pradėjo naudoti ją energijai.

Iš karto paaiškėjo, kad gliukozės deguonies oksidacija (kvėpavimas) energetikos plane yra kur kas efektyvesnė nei deguonies (fermentacija). Tai suteikia kelis kartus daugiau laisvos energijos vienam gliukozės molekulės nei bet kokia savavališkai sudėtinga be deguonies keitimo versija. Tuo pat metu pradžios gliukozės skilimo etapai kvėpavimo ir fermentacijos vartotojams išliko įprasti: deguonies oksidavimas buvo naudojamas tik kaip antstatas per jau egzistuojantį senovės biocheminį mechanizmą, kuris pats nereikalavo deguonies.

Mikrobų grupė, kuri įvaldė rizikingą, tačiau efektyvi energijos gamyba naudojant deguonį, vadinama proteobakterijomis. Remiantis dabar visuotinai pripažinta teorija, iš jų atsiranda kvėpavimo organelės iš eukariotinių ląstelių – mitochondrijų.

Remiantis genetiniais duomenimis, artimiausias šiuolaikinis mitochondrijų giminaitis yra violetinė spiralinė alfa proteobakterija. Rhodospirillum rubrum (Molekulinė biologija ir evoliucija2004, 21, 9, 1643-1660).Rhospirillum turi kvėpavimą, fermentaciją ir be deguonies fotosintezę, kurioje vandenilio sulfidas naudojamas vietoj vandens, ir gali keistis tarp šių trijų rūšių mainų, priklausomai nuo išorinių sąlygų. Neabejotinai tokia simbiote – būtent šiuo atveju vidinis partneris – buvo labai naudinga eukariotų protėviui.

Be to, daugelis šiuolaikinių mokslininkų mano, kad senovės archeos simbiozė su proteobakterijomis – mitochondrijų protėviais – paskatino labai formuoti eukariotinę ląstelę (Evgeny Kunin, Case Logic, M .: Centppoligraf, 2014). Ši hipotezė vadinama "ankstyvuoju mitochondrijiniu". Ji teigia, kad būsimos eukariotinės ląstelės suskaidymas į citoplazmą ir branduolį įvyko tik įvedus į jį proteobakterinį simbiontą. Senesnis "vėlyvojo mitochondrijų" scenarijus, pagal kurį proteobakteriją paprasčiausiai nurijo paruošta eukariotinė ląstelė (nepriklausomai kilusi iš archeos ląstelių), dabar atrodo daug mažiau tikėtina. Tiesą sakant, abiejų ląstelių, tiek archeologinių, tiek proteobakterinių, buvo rimtai "surenkamos" pervieninimo procese, todėl atsirado tam tikra chimera, turinti naujas savybes.Ši chimera tapo eukariotine ląstele; molekuliniai komponentai Archaeal ir proteobakterialnogo kilmę jame stipriai maišyti, padalintas tarp funkcija ( "Paleontological Journal", 2005, 4, 3-18). Be proteomabakterijų, eukariotes nebūtų kilęs. Tai reiškia, kad jų išvaizda buvo tiesioginė deguonies revoliucijos pasekmė.

Atsižvelgiant į tai, vargu ar atrodo perdėti žodžiai dviejų didelių šiuolaikinių mokslininkų, paleontologijos ir geologams: "Visi sutinka, kad melsvadumbliai evoliucija buvo svarbiausi biologiniai įvykiai šioje planetoje (net svarbesnis nei eukariotinių ląstelių vystymąsi ir daugialąsčių organizmų pasirodymo)" (. Petras Ward Džo Kirschvink Nauja istorija iš gyvenimo kilmės Žemėje SPb :. ID "Peter", 2016). Iš tiesų, susipažinę Pasaulio gyvūnų ir augalų šiandien neegzistuotų, jei nebūtų sukeltas melsvadumblių ir jų krizę.

Gyvenimo epochos

Visa istorija Žemėje yra padalintas į keturias didžiulis atotrūkis, vadinamas eons (kuri yra didesnė nei eros). Šių amžinybėje pavadinimai: hadėjus arba gadey (prieš 4,6-4,0 milijardo metų), Archaea (prieš 4,0-2,5 milijardo metų), proterozojus (prieš 2,5-0,54 mlrd metų) ir phanerozoic (pradėjo 0,54 mlrd. metų ir tęsiasi dabar).Šis padalinys mums nuolat padės, tai tikrai patogu. Leiskite mums padaryti išlygą, kad beveik visais tokiais atvejais ne laikas, kurį reikia įsiminti, bet su jomis susijusių epochų ir įvykių seka: tai yra daug svarbiau. Išimtis gali būti padaryta, išskyrus dvi ar tris pagrindines datas, tokias kaip Žemės amžius.

Katarhei yra vadinamoji pre-dogologinė epocha, nuo kurios išlieka "normalių" uolų, išdėstytų sluoksniuose. Klasikiniai geologiniai ir paleontologiniai metodai, grindžiami nuoseklių sluoksnių palyginimu, ten nedirba. Iš katarėjos likusių daiktų daugiausia yra nedideli cirkonio grūdai, tie patys, kurių neseniai buvo rasta tariamai biogeninė anglis. Labai mažai žinoma apie katarheyskoy gyvenimą (jei jis buvo).

Archeane žemė priklauso prokariotams – bakterijoms ir archeliams (tiesiog nereikia painioti, šaknų sutapimas geologinės eros pavadinimas "archeos" ir mikrobų "archeos" grupė iš tikrųjų yra nelaimingas atsitikimas). Archean'io ir proterozojaus riba patenka į vieną iš stipraus "deguonies kvėpavimo", vykstančio prieš deguonies revoliuciją. Protestozės pradžioje įvyko labai deguonies revoliucija.

Proterozoja yra deguonies ir eukariotų era. Įdomus paradoksas yra susijęs su pažinčių eukariotu. Faktas yra tas, kad daugiau ar mažiau patikimai apibrėžti daugiakuliniai eukariotai pasirodys iškastiniu įrašu daug anksčiau nei tie patys patikimai apibrėžti vienreliai. Filamentinis dumblas Grypania spiralis, kuris paprastai laikomas eukariotu, pasirodė prieš 2,1 milijardus metų (Australazijos žurnalas "Paleontologija", 2016, doi: 10.1080 / 03115518.2016.1127725). Teisingai sakant, pagrindinė gripo eukariotinio pobūdžio priežastis yra jos didelis dydis – visi kiti požymiai nesuteikia pasitikėjimo, kad tai nėra gigantiška cianobacterium (Paleontologija, 2015 m., 58, 1, 5-17). Tačiau faktas yra tas, kad šis radinys nėra vienintelis. Seniausias žinomas eukariotas dabar laikomas grybų organizmu. Diskagma buttonii 2,2 milijardo metųPrefektūro tyrimai, 2013, 235, 71-87). Ir tuomet yra paslaptingų didelių spiralės formų tvarinių – greičiausiai dumblių, kurių liekanų amžius yra mažiausiai 2,1 mlrd. Metų, kaip ir gripo atveju (Gamta, 2010, 466, 7302, 100-104). Tačiau anksčiausiai vienkartiniai, vienareikšmiškai apibrėžiami kaip eukariotai, yra tik 1,6 milijardo metų amžiaus (Karališkosios draugijos filosofiniai sandoriai B2006, 361, 1470, 1023-1038). Tai, žinoma, nereiškia, kad daugiasluoksniai eukariotai iš tiesų pasirodė anksčiau nei vienos ląstelės – toks prielaida prieštarauja visiems prieinamiems molekuliniams duomenims.Vienaženkliuos dar blogiau, ir ženklai, kuriais galite nustatyti kūną, yra mažiau.

Seniausia žinoma eukarijota yra paslaptingas organizmas. Diskagma buttonii 2,2 milijardo metų. Tai primena šiuolaikinių glomeromycetų struktūrą – primityvius grybus, gyvenančius simbiozėje su mėlynai žaliaisiais dumbliais.

Nepaisant to, iš tokių pažinčių yra labai svarbios išvados. Prisiminkite, kad deguonies revoliucijos data yra prieš 2,4 milijardus metų. Todėl mes žinome, kad tik 200 milijonų metų po jos, ne tik eukariotai, bet daugiasluoksniai eukariotai atsiranda iškastiniu būdu. Tai reiškia, kad pirmieji eukariotų evoliucijos etapai labai greitai buvo perduodami pasaulio istorijos standartais. Žinoma, už eukariotės ląstelę reikia laiko surengti simbiozę su mitochondrijų protėviais, sukurti branduolį, apsunkinti citoskeletą – intracellular sistemą, palaikančią struktūras. Tačiau kai šie procesai baigėsi, beveik iškart buvo įmanoma sukurti pirmuosius daugelakius organizmus. Tam nereikėjo jokių papildomų įrenginių ląstelių lygiu. Bet kuri eukariotinė ląstelė jau turi visą komplektą molekulinių elementų, reikalingų daugelio ląstelių kūne iš tokių ląstelių (bent jau gana paprasta).Žinoma, visi šie elementai yra ne mažiau naudingi vienos ląstelės gyvenimui, nes kitaip jie nebūtų iškilę. Neabejotinai bendras eukariotų protėvis buvo vienarūšis, o daugelis jo palikuonių niekada nenaudojo daugiabučių struktūros. Šiuolaikinių vienos ląstelės eukariotų pavyzdžiai – amoeba, euglena, ciliatai – mes žinome iš mokyklos vadovėlių, tačiau iš tikrųjų yra daug daugiau.

Deguonies revoliucija turėjo dar vieną svarbų poveikį, turinčią įtakos atmosferos sudėčiai. Archean atmosferoje buvo daug azoto (kaip dabar), taip pat anglies dioksidas ir metanas (daug daugiau nei dabar). Anglies dioksidas ir metanas labai gerai sugeria infraraudonąją spinduliuotę ir tokiu būdu palaiko šilumą Žemės atmosferoje, užkertant kelią toje erdvėje. Tai vadinama šiltnamio efektu. Be to, manoma, kad metano šiltnamio efektas yra bent 20-30 kartų stipresnis nei anglies dioksido. Archeanų laikais Žemės atmosferoje buvo apie 1000 kartų daugiau metano, nei dabar, ir tai sudarė gana šiltą klimatą.

Tai taip pat trukdo astronomijai. Pagal visuotinai priimtą žvaigždžių evoliucijos teoriją Saulės spindesys lėtai, bet nuolat auga.Archeanui buvo tik 70-80% dabartinio – aišku, kodėl šiltnamio efektas buvo svarbus planetos šiltai išlaikymui. Tačiau po deguonies revoliucijos atmosfera pradeda oksiduotis ir beveik visas metanas (CH4) pavirto anglies dvideginiu (CO2), kurių efektyvumas kaip šiltnamio efektą sukeliančių dujų yra daug mažesnis. Tai sukėlė katastrofišką Hurono ledyną, kuris truko maždaug 100 milijonų metų ir kai kuriuose taškuose apėmė visą Žemę: žemės vietovėse, kurios buvo tik kelios laipsnių nuo pusiaujo, buvo rastos ledynų pėdsakai (Nacionalinės Mokslų Akademijos JAV bylos2005, 102, 32, 11131-11136). Hurono ledynmečio viršūnė pasiekė 2,3 milijardus metų. Laimei, ledynai negalėjo sustabdyti Žemės mantijos tektoninio aktyvumo; Vulkanai tęsė anglies dvideginio išmetimą į atmosferą, o laikui bėgant jis sukaupė pakankamai šiltnamio efekto atstatymo ir ledo sulydymo.

Tačiau pagrindiniai klimato bandymai vis dar buvo į priekį.

"Nuobodulio milijardo"

Vadinamieji "nuobodūs milijardai metų" (Nuobodus milijardas) Šiuo metu nebuvo ledynų, staigių atmosferos sudėties pokyčių, jokių biosferinių perversmų. Eukariotiniai dumbliai gyveno vandenynuose, palaipsniui atpalaiduojant deguonį.Jų pasaulis buvo skirtingas ir sudėtingas. Pavyzdžiui, iš "nuobodžių milijardų" eros yra žinomi daugiasluoksniai raudoni ir geltonai žalūs dumbliai, kurie stebėtinai panašūs į jų šiuolaikinius giminaičius (Karališkosios draugijos filosofiniai sandoriai B2006, 361, 1470, 1023-1038). Šiuo metu pasirodo ir grybai (Paleobiologija, 2005, 31, 1, 165-182). Tačiau "daugybėje milijardų metų" nėra daugelio raumenų. Mes būsime atsargūs: šiuo metu niekas negalima visiškai suvokti, kad tuo metu nebuvo daugiamečių gyvūnų, tačiau visi duomenys apie šią temą geriausiu atveju yra labai prieštaringi (Prefektūro tyrimai, 2013, 235, 71-87).

Biota "nuobodus milijardus metų": a – vandens grybų Tappania 1,4 milijardo metų;b – uždaryti dangtelio hifus; jų struktūra rodo, kad tai tikrai gana tipiškas grybas, į – raudonasis dumblas Bangiomorpha 1,2 milijardo metų amžius, daugiau ir ne mažiau reikšmingas šiuolaikinių bangijevų atsiskyrimui – dar vienas puikus pavyzdys gyvo iškastinio kuro

Koks yra klausimas? Tai rodo idėją, kad daugelis ląstelių yra labiau suderinamos su augalų gyvenimo būdu nei gyvūnu. Bet kuri augalo ląstelė yra uždėta standioje ląstelių sienoje, ir nėra abejonių, kad tai labai palengvina santykinę ląstelių padėtį sudėtingame korpuse.Priešingai, gyvulių ląstelės atimamos iš ląstelinės sienelės, jų forma yra nestabili ir net nuolat keičiasi fagocitozės veiksmais, t. Y. Maisto dalelių absorbcija. Viso organizmo surinkimas iš tokių ląstelių yra sudėtinga užduotis. Jei daugelio raumenų gyvūnų nėra, o augalų ar grybų atstovai tapo biologais, jie, greičiausiai, ištyrę šią problemą, būtų padarę išvadą, kad daugelio ląstelių derinys su ląstelių sienelės nebuvimu yra tiesiog neįmanomas. Bet kokiu atveju tai paaiškina, kodėl daugeliui kartų daugelyje skirtingų dumblių grupių atsirado daugelis ląstelių, bet tik kartą gyvūnuose.

Yra ir kita idėja. 1959 m. Kanados zoologas John Ralph Nercell prisijungė prie staigių (kaip buvo anksčiau minėta) gyvūnų atsiradimo iškastinio kuro įraše, padidėjus deguonies koncentracijai atmosferoje (Gamta1959, 183, 4669, 1170-1172). Gyvūnai, kaip taisyklė, turi aktyvų judėjimą, kuris reikalauja tiek daug energijos, kad jie negali daryti be kvėpavimo deguonimi. Ir jums reikia daug deguonies. Ir "nuobodų milijardų" laikmečio eroje2 atmosferoje beveik neabejotinai nepasiekė 10% dabartinio lygio – mažiausias, kuris dažnai laikomas būtinu gyvulių palaikymui. Tiesa, šis įtartinai apvalus skaičius gali būti pervertintas (Nacionalinės Mokslų Akademijos JAV bylos, 2014, 111, 11, 4168-4172). Tačiau tokios išlygos neleidžia mums pripažinti, kad senoji idėja Nercellas bent jau neprieštarauja šiuolaikiniams duomenims: apskaičiuotas daugiasluoksnių gyvūnų vystymosi pradžia yra labai arti, bet laiku sutampa su naujo padidėjusio atmosferos deguonies koncentracijos proterozojaus pabaigoje (Metinis ekologijos, evoliucijos ir sistemingumo apžvalga, 2015, 46, 215-235). Tai tiesiog negalėjo būti veiksnys, kuris palengvino gyvūnų išvaizdą: galų gale kuo daugiau deguonies, tuo geriau. Nebūtina atsižvelgti tik į deguonies faktorių kaip griežtai unikalų. Prisiminkime, kad tuo metu, kai deguonis tapo daug, nėra pastebimų kartotinių bandymų sukurti daugelio elementarumo gyvūnų tipui. Šis eksperimentas buvo sėkmingas tik vieną kartą.

Jaukus milijardo metų "nuobodus" eras galėjo trukti ilgai, jei geografija netrukdytų biologijai. Dramatiniai įvykiai, kuriuos pati planeta tapo didvyriu, pritraukė mokslininkų dėmesį pusę šimtmečio, tačiau tik prieš 15 metų jie galėjo pateikti informaciją apie juos daugiau ar mažiau nuosekliai. Paimkime greitą vaizdą, pradedant nuo pat pradžių.

1964 m. Anglų geologas Brian Harland paskelbė straipsnį, kuriame teigiama, kadkad absoliučiai visuose žemynuose yra senovės ledynynų pėdsakai, prasidedantys tuo pačiu metu – vėlyvas proterozojaus. 60-ųjų pradžioje geologai sužinojo, kaip nustatyti ankstesnę žemynų padėtį naudojant akmenų įmagnetinimo duomenis. Harlandas surinko šiuos duomenis ir pastebėjo, kad juos galima paaiškinti tik vienu būdu: darant prielaidą, kad vėlyvasis proterozojaus ledynutis iš karto padengė visas Žemės plotis, tai yra, jis buvo planetinis. Bet kokios kitos hipotezės pasirodė dar mažiau tikėtinos (pavyzdžiui, turėtume priimti nepaprastai greitą polių judėjimą, kad visos žemės pavidalu būtų padengtos poline dangteliu). Kaip sakė šerlokas Holmsas ieškant Jonathano Mažo, "palikite viską neįmanoma, bet likusius bus atsakymas, nesvarbu, kaip tai gali pasirodyti neįtikėtinas". Tai padarė Harlandas. Jo ir jo bendraautoriaus išsamus straipsnis nelaiko jokio pojūčio – faktai ir išvados čia tiesiog sąžiningai išdėstyti (Mokslinis amerikietis1964, 211, 2, 28-36). Nepaisant to, daugumos mokslininkų hipnozė apie planetinį ledyną buvo pernelyg drąsi.

Tais pačiais metais garsusis geofizikas, Leningradas Michailas Ivanovičius Budykas, pradėjo tyrinėti ledyną. Jis atkreipė dėmesį į tai, kad ledynai gali vystytis.Ledo dangtis turi didelį atspindį (albedo), todėl kuo didesnis bendras ledynų plotas, tuo didesnė saulės spinduliuotės dalis atsispindi atgal į kosmosą, tuo pačiu šiluma. Ir kuo mažiau Žemės gauna šilumą, tuo šaltesnis, o dėl to išauga ledo dangos plotas, dar labiau padidinant albedo. Pasirodo, kad ledynai yra teigiamų atsiliepimų procesas, ty jis gali patobulinti save. Tokiu atveju turėtų būti kritinis kritulių lygis, po kurio jis didės tol, kol ledynai iš šiaurės ir pietų lenkų žlugtų prie pusiaujo, visiškai uždengdami planetą į ledo dangą ir mažindami temperatūrą keliais dešimtys laipsnių. Budyko matematiškai parodė, kad tokia plėtra yra įmanoma (Tellus1969, 21, 5, 611-619). Bet jis neturėjo supratimo, kad Žemės istorijoje tai įvyko keletą kartų! Kadangi tuo metu Budyko ir Harland dar neatsižvelgė.

Snieguotas paviršius

Dabar ledynu, kurį atrado Harlandas, paprastai vadina "Sniego" epocha (Sniego gniūžtės žemė) Matyt, tai iš tiesų buvo planetinis.Jos pagrindinė priežastis yra siaubingas šiltnamio efekto silpnėjimas dėl sumažėjusios anglies dioksido koncentracijos (kuri tapo pagrindine šiltnamio efektą sukeliančia dujų kiekiu, kai deguonis "sunaudoja" beveik visą metaną). Labai tikėtina, kad nesusijusios su fotosintezėmis ir kvėpavimu. Jei Žemės gyvybė organizuotų deguonies revoliuciją, dabar ji buvo išorės faktoriaus, kuris yra visiškai biologinis, auka.

Faktas yra tas, kad anglies dvideginio apyvarta daug mažiau priklauso nuo gyvųjų būtybių nei deguonies apyvarta. Pagrindinis atmosferos CO šaltinis2 Žemėje vis dar egzistuoja ugnikalnio išsiveržimai, o pagrindinis kriauklė yra procesas, vadinamas cheminiu atmosferos poveikiu. Anglies dioksidas sąveikauja su uolomis, jas sunaikina ir tuo pačiu metu virsta karbonatais (HCO jonais3 arba CO32−) Pastarosios gerai ištirpsta vandenyje, bet nebėra atmosferos dalis. Ir pasirodo labai paprasta priklausomybė. Jei ugnikalnių intensyvumas viršija cheminės atmosferos intensyvumą, atmosferos koncentracija CO2 auga. Jei priešingai – kritimo.

Prieš 800 milijonus metų "nuobodų milijardų" pabaigoje beveik visa Žemės žemė buvo vienintelio "Rodinijos" superkontinento dalis.Pasak vieno gerai žinomo geologo, milžiniškos superkontinentai, kaip ir socialinės Žemės istorijos imperijos, visada pasirodė esančios nestabilios (V.E. Khainas, M.G. Lomizė, Geotektonika su geodinamikos pagrindais.M: MGU, 1995). Todėl nenuostabu, kad "Rodinia" pradėjo plisti. Išilgai gedimų kraštų išsiveržęs bazaltas sustiprino, kuris iš karto tapo cheminiu atmosferos objektu. Tada nebuvo dirvožemio, o atmosferos produktai buvo lengvai nugriautas į vandenyną. Galų gale "Rodinia" pasiskirstė į septynis ar aštuoni mažus (maždaug Australijos dydžio) žemynus, kurie pradėjo dreifuoti. CO suvartojimas2 dėl bazalto atmosferos kritulių sumažėjo.

Vulkanizmas, su kuriuo neišvengiamai lydėjo supercontinento žlugimas, galėjo kompensuoti tai, jei ne vienai atsitiktinei aplinkybei. Dėl kai kurių žemyninio dreifo užuominų, Rodinija ir jos fragmentai buvo įsikūrę pusiaujo šiltoje juostoje, kur cheminis aerozolis tęsėsi ypač greitai. Matematiniai modeliai rodo, kad dėl šios priežasties CO koncentracija2 nukrito žemiau slenksčio, kuriuo prasideda ledynas (Gamta, 2004, 428, 6980, 303-306).Ir kai jis prasidėjo, buvo per vėlu, kad būtų stabdytas atmosferos poveikis.

Reikia pripažinti, kad žemynų padėtis vėlyvojo proterozojaus požiūriu pasirodė esanti gėdinga (planetos gyventojų požiūriu). Žemynų drebėjimą kontroliuoja Žemės apvalkalo medžiagų srautai, kurių dinamika iš tikrųjų nežinoma. Tačiau mes žinome, kad šiuo atveju šie srautai surinko visą sausumos žemę viename žemyne, esančioje lygumoje pusėje ir pailgos platumos. Jei jis buvo vienoje iš polių arba ištemptas iš šiaurės į pietus, pradinis ledynas uždarė dalį akmenų iš atmosferos ir taip sustabdė anglies dioksido iš atmosferos, tada procesas gali būti sulėtėjęs. Tai tokia situacija, kurią dabar matome, kai yra Antarktidos ir Grenlandijos ledo sluoksniai (Mokslinis amerikietis1999, 9, 38). Proterozojaus pabaigoje beveik visi dideli žemės plotai buvo šalia ekvatoriaus ir buvo išnykę, kol šiauriniai ir pietiniai ledynai uždaryti. Žemė tapo ledo kamuoliuku.

Tiesą sakant, buvo bent trys Snowball Earth epizodai. Pirmasis iš jų priklausė Hurono ledynui (kuris, kaip mes prisimename, neįvyko dėl anglies dioksido, bet dėl ​​metano). Tada daugiau nei milijardą metų visai neatsidūrė.Tada įvyko dar dvi planetinės ledynos, atskirtos per trumpą pertrauką, iš kurių viena truko maždaug 60 milijonų metų, kita – apie 15 milijonų metų. Tai buvo jų atradimas Brianas Harlandas. Geologinis laikotarpis, apimantis šias ledynes, vadinamas kriogeniniu (tai yra proterozojaus dalis).

Tipiško "sniego kulno" epizodo dinamika pirmojo (Sturto) kriogeninio pasaulio ledynmečio pavyzdyje

Mažai žinoma apie kriogeninę laukinę gamtą. Klimatas tuomet visoje Žemėje buvo, pagal šiuolaikinius standartus, Antarktidą. Kelio kilometro sluoksnis, apimantis didžiąją dalį pasaulio vandenyno, buvo toks, kad fotosintezės intensyvumas nebūtų didelis. Šviesa, staiga tapusi vertingiausiu šaltiniu, pateko į vandenyną tik vietose, įtrūkimų, polinezijų ar plonų ledo dalių. Keista, kad kai kurie daugelakiai organizmai sugebėjo išgyventi kriogenines medžiagas, visai nepasikeitę – pavyzdžiui, raudonieji dumbliai. Net ir dabar jie yra pritaikyti naudoti labai silpną šviesą, kuri prasiskverbia į tokį gylį, kur dar nėra kitų fotosintetinių būtybių (J. T. Diakovas.Niekur neišvyko ir vienkartinis planktonas. Deguonies kiekis kriogeniniame vandenyne smarkiai sumažėjo, todėl gyvenimas jo apačioje greičiausiai buvo anaerobinis, bet jo detalės vis dar paslėpta iš mūsų.

"Snowball" epizodų galūnės taip pat yra dramatiškos. Planetų ledynų metu visi procesai, susiję su dideliu kiekiu anglies dioksido absorbcijos, tiesiog užmerka. Tuo tarpu ugnikalniai (kurių darbas niekas nesustojo) buvo išmesti ir išmesti CO.2 į atmosferą, palaipsniui didindami savo koncentraciją dideliais kiekiais. Tam tikru momentu ledo sluoksnis nebegalėjo atsispirti šiltnamio efektui, o tada prasidėjo planetos pašildymo procesas. Per keletą tūkstančių metų – tai yra geologiškai akimirksniu – visas lydalas ištirpsdavo, išleistas vanduo užplūdo didelę žemės dalį su sekliomis ribinėmis jūromis, o žemės paviršiaus temperatūra, pagal skaičiavimus, pakilo iki 50 ° C (Inžinerija ir mokslas, 2005, 4, 10-20). Ir tik po to prasidėjo laipsniškas Žemės grįžimas į "įprastą" extraglacial būklę. Kriogeninių procesų metu šis ciklas buvo užbaigtas bent du kartus.

Tęsinys kitame numeryje.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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