Как появился кислород в атмосфере

Или мы просто незначительно переводим газосодержащий воздух из одного состояния в другое, который смешивается с воздушным океаном, восстанавливая первоначальный баланс воздушной смеси, свойственный атмосфере земли на настоящий момент, ничего не изменив в общем окружающем воздушном пространстве.

Кислород и вода это единая водновоздушная система на данном этапе эволюции нашей планеты, воздействовать на которую мы не в состоянии.

В далеком прошлом были гигантские пожары, когда сгорали леса целых континентов. Горели вырвавшийся из недр газ, бьющая фонтаном нефть. Выгорали торфяники, угольные пласты. При этом в большом количестве на горение потреблялся кислород.

Всё, что мы, люди, сжигаем за всю нашу сознательную историю – это ничто по сравнению с континентальным пожаром! По сравнению с горящим нефтяным морем, которое горит третий год! И оно еще будет гореть два года, пока полностью не выгорит. А что с кислородом? Он есть в воздухе, и поддерживает горение нефтяного моря. Кроме того, при наличии воды на планете, при понижении уровня кислорода запускается процесс активного его восстановления до исходного уровня.

Предположим, что кислород вырабатывают растения.

Мы знаем, что существует круговорот воды в природе. Тут вопросов нет. Мы знаем, что существуют теплые и холодные воздушные потоки. Существуют теплые и холодные течения в океанах. Все они существенно влияют на климат планеты.

Еще один удивительный момент. Зима. Вся Северная Америка и Евразия под снегом. В октябре все растения засыпают и только в апреле распускаются первые листочки. Все хвойные деревья тоже спят, и никакого кислорода не выделяют целых 6 месяцев! А мы этого не замечаем! Даже наоборот, говорим о какой – то зимней свежести! Ну, какая свежесть без кислорода!

Так откуда же берется кислород?

Предыдущая Метагалактика, сжимаясь, поглощает всю материю, в том числе и воду, и все газы вместе с кислородом. Рой Черных дыр сливается в единую Черную дыру. Происходит «утрамбовывание» материи собственной массой, или «Уничтожение Материи».

Вся материя Метагалактики собралась в единый Шар, так называемый Проматеринский Шар, с самой гигантской плотностью материи и с самым наивысшим уровнем сжатия. (См. статью «Происхождение нашей Вселенной» )

Запустился процесс «Возникновения Материи» или новой, нашей Метагалактики.

Эволюционная цепочка Возникающей Материи:

Ядро нашей планеты является частичкой Проматеринского Шара. Только в процессе эволюции Новой (нашей) Метагалактики ядро Земли имеет самую низкую плотность материи и самый низкий уровень сжатия, по отношению к Проматеринскому Шару.

Таким образом, ядро Земли содержит в себе все элементы предыдущей Метагалактики.

Итак, после Марса Солнце в очередной раз выбросило часть своего ядра. Ядро вспыхнуло ярким светом, и по удлиненной эллиптической орбите стало двигаться вокруг Солнца, облучая сверх мощной радиацией все планеты Солнечной системы.

Так появилась новая звезда Земля.

Вскоре эта звезда погасла, превратившись в планету, и на ней начались процессы остывания.

Излияние магмы, первая затвердевшая кора, и огромное выделение газов.

А так как ядро содержит в себе все элементы предыдущей Метагалактики, в составе вырывающихся газов была и вода. Первоначальная вода была сверхтяжелая, со сверхтяжелым кислородом, такая вода обладала высокой радиоактивностью, но в процессе эволюции она стала такой, какой мы её знаем. В газе современного вулкана так же присутствует вода, только значительно в меньшем количестве.

Ну, а там где вода,- там и свободный кислород. Где из воды выделяется кислород? В океанах – возможно. Но судя по равномерному распределению кислорода в атмосфере земли, кислород выделяется из водяного пара в верхних слоях атмосферы, под воздействием солнечных лучей, и выпадает равномерно на всю планету, независимо от того экватор это или полюс.

Источник

Почему на Земле произошла кислородная катастрофа и как на нее повлияла Луна

Большое количество кислорода в атмосфере нашей планеты возникло не сразу. До его появления, в океанах жили организмы, которым не нужен был кислород. Микробы умели синтезировать органические молекулы, задействуя для этого энергию солнца. Проще говоря, они были способны к фотосинтезу, но кислород при этом не выделялся. Ситуация изменилась 3,5 млрд лет назад, когда возникли цианобактерии, способные к кислородному фотосинтезу. Правда в достаточном количестве необходимый для нашей жизни газ появился на планете не сразу, а примерно через один миллиард лет. В результате бактерии, привыкшие к безкислородной среде, вымерли или отправились в глубины океанов, а их место заняли новые организмы. Но почему на появление кислорода потребовался миллиард лет? Ученые утверждают, что Земле понадобилось бы еще больше времени, если бы не одно событие, которое помогло цианобактериям изменить атмосферу и радикально повлиять на жизнь на планете.

На Земле 3,5 млрд лет назад, когда сутки длились 6 часов, в атмосфере отсутствовал кислород

Кислород в атмосфере земли — что ускорило его появление?

Уровень кислорода на Земле повышался не равномерно, а ступенчато, то есть в какие-то моменты скорость насыщения им атмосферы увеличивалась. Отсюда и возникло предположение, что этому процессу что-то поспособствовало.

Группа ученых, которую возглавил Джудит Клатт из Института морской микробиологии Макса Планка, выдвинула интересное объяснение произошедшему на планете несколько миллиардов лет назад. По мнению ученых микроорганизмы смогли выделять больше кислорода в атмосферу в результате увеличения продолжительности светового дня. В те далекие времена Земля вращалась значительно быстрее, чем сейчас. Поэтому продолжительность суток была короче — около 6 часов. Соответственно световой день длился всего несколько часов.

Отсюда возникает вопрос, какая разница выделяющим кислород бактериям — длинный день на Земле и длинная ночи или короткий день и короткая ночь? Ведь количество поступающего солнечного света на землю не изменилось. Но, как выяснилось, разница все же есть.

Насыщение атмосферы кислородом ускорилось благодаря замедлению скорости вращения земли

Как продолжительность суток повлияла на кислород в атмосфере

Джудит Клатт с группой исследователей из Мичиганского университета изучали воду в воронке на Мидл-Айленде (острове на озере Гурон). В нее со дна просачиваются грунтовые воды, при этом уровень содержания кислорода крайне низкий. Другими словами, условия напоминают те, которые были на нашей планете в течение миллиардов лет до появления в атмосфере кислорода.

В воде живут в основном два вида микробов — пурпурные цианобактерии, которые производят кислород, а также белые сероокисляющие бактерии. Первые генерируют энергию с помощью солнечного света, вторые — с помощью серы. Чтобы выжить, эти бактерии каждый день исполняют своего рода «танец».

Почти весь кислород в атмосфере появился благодаря цианобактериям

Еще больше материалов о том, как зарождалась жизнь на Земле вы найдете на нашем Яндекс.Дзен-канале.

От заката до рассвета бактерии, поедающие серу, находится на поверхности, то есть над цианобактериями, блокируя им доступ к солнечному свету. Когда утром выходит солнце, поедатели серы движутся вниз, а цианобактерии поднимаются на поверхность, чтобы начать фотосинтез и производить кислород. Однако с момента восхода солнца и до того, как начинается процесс фотосинтеза, проходит несколько часов. То есть оказалось, что цианобактерии любят “поздно вставать”. В таком случае продолжительность светового дня непосредственно влияет на количество вырабатываемого бактериями кислорода.

Почему замедлилась скорость вращения Земли

Земля 3,5 млрд лет назад вращалась с невероятно высокой скоростью, но ситуация изменилась с появлением Луны. На Землю стала действовать ее гравитация. Кроме того, возникли приливы и отливы, которые также внесли свой вклад в замедление скорости вращения планеты.

Появлению современной жизни на планете мы обязаны Луне

Первое сильное замедление Земли произошло 2,5 млрд лет назад, и оно как раз совпадает с тем периодом, когда сильно увеличилось содержание кислорода в атмосфере. В результате произошла так называемая “кислородная катастрофа”. Затем замедление вращения прекратилось примерно на один миллиард лет. Это совпало с периодом, когда ускорение роста уровня кислорода в атмосфере отсутствовало. Около 600 миллионов лет назад вновь произошло замедление скорости вращения планеты, и в этот период времени также отмечается скачок уровня кислорода. К слову, скорость вращения нашей планеты нестабильна и по сей день. К примеру, в 2020 году было отмечено ее ускорение.

Подписывайтесь на наш Telegram-канал, чтобы не пропустить научные объяснения самым захватывающим загадкам природы, а также быть в курсе последних открытий.

Сопоставив картину замедления вращения земли и насыщения атмосферы кислородом, ученые пришли к выводу, что между этими процессами есть взаимосвязь. Ключом к разгадке стали упомянутые выше исследования на Мидл-Айленде, которые описаны в журнале Nature Geoscience.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что именно Луна стала толчком к зарождению жизни на Земле в том виде, в котором она существует сейчас. Правда, Луна повлияло лишь косвенно, непосредственное участие в синтезе кислорода принимало лишь Солнце и цианобактерии. Но парадокс в том, что Солнце может в будущем и лишить Землю кислорода, уничтожив растения и цианобактерии.

Источник

Откуда на Земле кислород?

Ученые из Калифорийского университета в Дэвисе опубликовали в журнале Science статью, в которой экспериментально подтверждают свою гипотезу, объясняющую появление на Земле кислорода нерастительного происхождения.

Почти все живое использует для дыхания кислород. Не вникая особенно в физику и химию процессов клеточного дыхания, скажем, что выбор эволюции пал на кислород из-за его высокой способности к окислению, то есть тому, чтобы легко присоединять лишний электрон. Электрон поступает в электротранспортную цепь от НАДH или ФАДH₂ путешествует по ней, и все заканчивается синтезом молекулы АТФ – материальным эквивалентом запасенной энергии и присоединением электрона к кислороду. Вся эта реакция становится возможной, потому что такой перенос электрона энергетически выгоден, а это частично обусловлено свойствами кислорода.

Могли ли высокоразвитые формы жизни использовать в качестве окислителя не кислород? Кислород в качестве окислителя энергетически выгоднее большинства других субстратов (чем ниже окислительно-восстановительный потенциал окислителя, тем больше энергии выделяется при прохождении электрона через электротранспортную цепь). Значит, дышащие кислородом организмы обладали более эффективным метаболизмом, были лучше адаптированы. С энергетической точки зрения серосодержащие субстраты тоже вполне выгодны. Проблема, правда, заключается в том, что обладатели такого типа дыхания гибнут в присутствии кислорода. До сих пор не вполне понятно, почему именно это происходит. То есть, если бы в атмосфере Земли не появился кислород, со временем обладатели сульфатного дыхания могли бы эволюционировать и дальше. Но кислород появился, и им пришлось отправиться в «резервации», куда кислород не поступает.

Вопрос в том, откуда появился кислород. На сегодняшний день в атмосфере Земли примерно 20% кислорода. В таких огромных количествах его выделяют фотосинтезирующие растения, в основном, деревья и водоросли. Но фотосинтезирующие растения сами теперь в большинстве своем дышат кислородом. Чтобы в ходе эволюции мутации, позволяющие дышать кислородом, закрепились, это должно быть выгодно, значит, должен быть кислород. В большом количестве кислород на Земле появился благодаря цианобактериям. Это азотфиксирующие бактерии, умеющие фотосинтезировать. То есть массово кислород появился на Земле как побочный продукт фотосинтеза. Это событие называют «Кислородной катастрофой», видимо, за масштаб последствий.

А вот на вопрос о том, был ли кислород до этого, остается открытым. Последние 40 лет все увереннее стали говорить, что кислород был и до Кислородной катастрофы, и вот теперь возможность его существования подтверждена экспериментально.

До сегодняшнего дня был известен только один способ возникновения молекулярного кислорода в тогдашних условиях. Он состоит из двух стадий: диссоциации углекислого газа под воздействием солнечного ультрафиолета на угарный газ и атомарный кислород и реакции двух атомов кислорода, требующей третьего участника: атомы объединяются в молекулу, а носитель (M) уносит лишнюю энергию.

Однако же расчеты, а затем и эксперимент, проведенные авторами обсуждаемой статьи показали, что кислород может под действием ультрафиолета образовываться из углекислого газа в один шаг:

В эксперименте использовался лазер с длиной волны 200 нм, свет с такой длиной волны обычно поглощается атмосферой, поэтому реакция должна была протекать в верхних ее слоях. Такая реакция может и сейчас, когда содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается, происходить в верхних слоях атмосферы Земли, а может и в атмосферах других планет.

Источник

Как в атмосфере Земли появился кислород?

Ученые использовали новаторскую технику, чтобы выяснить, как атмосфера Земли миллиарды лет назад наполнилась кислородом.

Исследование опубликовано в журнале Science. Большую часть своей истории Земля была домом лишь для микроорганизмов — многоклеточная жизнь появилась на ней, по разным оценкам, от 2,1 до 1,9 миллиарда лет назад. Однако расцвет ее пришелся на период всего 600 миллионов лет назад, в поздний докембрий. Именно тогда появилось широкое разнообразие многоклеточных организмов — так называемой вендской фауны. Большую роль в этом процессе сыграл в числе прочего кислород.

Существуют разные гипотезы о появлении его в земной атмосфере. Основная предполагает, что единственным значимым источником молекулярного кислорода служит биосфера, то есть фотосинтезирующие организмы. Кислородный фотосинтез возник у цианобактерий 2,7-2,8 миллиарда лет назад. Так, за миллионы лет эти микроорганизмы и наполнили атмосферу кислородом.

Однако американские ученые предполагают, что не последнюю роль в этом сыграли и другие процессы. Исследователи из Чикагского и Калифорнийского университетов кропотливо воссоздали хронологию событий на древней Земле и провели анализ очень старых пород, состав которых меняется в зависимости от условий окружающей среды.

Они обратили внимание, что до того, как атмосфера заполнилась кислородом (так называемой Кислородной катастрофы, произошедшей около 2,45 миллиарда лет назад), наша планета испытывала кратковременное воздействие небольших «кислородных всплесков».

Известно, что древние океаны содержали большое количество железа, которое должно было препятствовать накоплению свободного кислорода в атмосфере. При этом часть океанического железа соединялась с серой, выбрасываемой вулканами и образовывала пирит (его еще называют «золотом дураков»). Этот процесс сопровождается выделением кислорода. Но какая из этих химических реакций «перевесит» другую, ученые не знали.

Чтобы выяснить это, исследователи использовали современное оборудование и новый метод измерения крошечных вариаций изотопов железа. Это помогло ученым понять, что, несмотря на океаны, насыщенные железом, определенные условия могли способствовать образованию достаточного количества пирита, а значит, и кислорода, который мог выбрасываться в атмосферу. Открытие помогает не только лучше понять историю Земли, но и узнать, как формируется кислородная оболочка на экзопланетах, и, следовательно, способствует тому, чтобы найти на них признаки жизни.

Источник

Ученые выяснили, как появились первые запасы кислорода на Земле

МОСКВА, 18 сен – РИА Новости. Доля кислорода в атмосфере Земли оставалась крайне низкой после появления первых фотосинтезирующих микробов по той причине, что породы древних континентов активно поглощали его молекулы, не давая им накопиться в океане и воздухе, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.

«Насыщение атмосферы Земли кислородом могло произойти в любой момент. Все, что для этого было нужно – «правильный» химический состав континентов. Мы обнаружили, что химический состав континентов разительно поменялся как раз в то время, когда кислород начал скапливаться в водах первичного океана планеты», — рассказывает Матийс Смит (Matthijs Smit) из университета Британской Колумбии в Ванкувере (Канада).

Как сегодня считают ученые, Земля в далеком прошлом мало в чем напоминала себя сегодня – в ее атмосфере отсутствовал кислород и было много углекислоты и метана. Ее воды, напоминавшие по температуре и консистенции кипящий густой суп, населяли причудливые бактерии-экстремофилы, следы которых в виде отложений своеобразных «одеял» из колоний микробов, ученые часто находят в древнейших породах Земли.

Когда точно зародилась жизнь, пока никому не известно – существуют противоречивые свидетельства того, что она существовала уже 3,3-3,7 миллиарда лет назад или даже 4 миллиарда лет назад, фактически сразу после завершения формирования Земли и Луны и окончания их «бомбардировки» крупными астероидами и кометами, принесшими «кирпичики жизни» на Землю.

Эта жизнь, как рассказывает Смит, просуществовала до события, которое геологи называют «великой кислородной катастрофой». Примерно 2,4-2,32 миллиарда лет назад концентрация кислорода в атмосфере резко выросла, повысившись с 0,0001% до современных 21%. Причиной ее возникновения сегодня считаются первые фотосинтезирующие организмы, цианобактерии, очистившие атмосферу от СО2 и заполнившие ее кислородом.

С другой стороны, как отмечают ученые, остается непонятным то, что именно сдерживало рост концентрации кислорода в воде и в атмосфере Земли в те сотни миллионов лет, когда цианобактерии уже существовали в первичном океане планеты.

Некоторые ученые предполагают, что «лишний» кислород поглощался первичными континентальными породами Земли, сформировавшимися в то время, когда кислорода в ее атмосфере фактически не было, а другие считают, что роль «поглотителя» кислорода на себя брали останки живых организмов, которые скапливались на дне океанов Земли сотни миллионов лет.

Смит и его коллега Клаус Мезгер (Klaus Mezger) из Бернского университета (Швейцария) нашли новые доказательства в пользу первой гипотезы, проанализировав химический состав десятков тысяч образцов коры, сформировавшихся задолго до начала «кислородной катастрофы» и в то время, когда доля кислорода в атмосфере росла максимальными темпами.

Для этого анализа ученые применили остроумную методику – они измерили доли хрома и урана в этих породах, по-разному реагирующих на процесс разрушения горных пород кислородом и водой. Соответственно, чем больше эти различия, тем дольше и сильнее стихии действовали на эти породы, что позволяет понять, какую роль континенты Земли играли в появлении ее запасов кислорода.

Как показали эти замеры, доли хрома и кислорода в континентальных породах начали меняться примерно три миллиарда лет назад, что совпадает по времени с появлением первых фотосинтезирующих организмов. Примерно за 300 миллионов лет до «кислородной катастрофы» их пропорция резко меняется, что указывает на столь же резкую смену одного типа пород на другой, почти не поглощавший кислород. Именно это, как считают ученые, и было причиной начала «кислородной катастрофы», резко изменившей облик Земли и ее первых обитателей и сделавшей ее пригодной для существования человека и других современных живых существ.

Источник