Кислород в атмосфере появился благодаря кислотным дождям

Учёные выяснили, как около полумиллиарда лет назад появилась современная атмосфера. Тектоническая активность вызвала кислотные дожди, освободившие воздух от углекислого газа. Последовавшее за этим похолодание позволило планктону насытить атмосферу кислородом.

Геологи из Национального университета штата Огайо предложили новую модель насыщения земной атмосферы кислородом. Этот процесс привел к формированию слоя атмосферы, очень близкой по составу к тому, чем мы дышим сейчас.

Исследование, проведенное учеными, предполагает, что проявления тектонической активности земной коры спровоцировали эффект, обратный парниковому, около 500 миллионов лет назад. Это привело к охлаждению мирового океана, стало причиной бурного роста планктона и вылилось в резкий рост содержания кислорода в атмосфере.

Эта высокая концентрация кислорода, по всей видимости, и послужила отправной точкой для развития огромного разнообразия живых организмов на нашей планете.

Мэтью Зальцман, доцент университета Огайо, специалист в области науки о Земле, в течение 10 лет вместе со своей командой собирал доказательства изменения климата, произошедшего 500 миллионов лет назад в позднем Кембрийском периоде. Для этого они изучали химический состав разных минералов, собранных по всему земному шару. Целью работ было установить полную цепочку последовательных событий, повлекших за собой бурное развитие жизни.

Последние достижения команды американских геологов, проведенные в центральных районах США и малонаселенных австралийских территориях, выявили новое доказательство события геологического масштаба.

Количество углерода и серы в скальных породах позволяет предположить, что это событие значительно снизило температуру поверхности земли в течение 2-х миллионов лет. По геологическим меркам это очень короткий промежуток времени. До этого времени Земля представляла собой оранжерею, содержание углекислого газа в атмосфере которой превышало современный уровень в 20 раз. После охлаждения диоксид углерода уступил место кислороду, климат и состав атмосферы стал очень близок к тому, что мы имеем на сегодняшний день.

Однако к тому времени планету населяли лишь примитивные одноклеточные и многоклеточные организмы. Жизнь теплилась лишь в океанах, главным образом в форме планктона, трилобитов и губок. Ранние предки современных растений уже существовали в кембрийский период, но разнообразия живых форм не существовало.

Тем не менее, в позднем Кембрийском периоде произошло событие, именуемое не иначе как кембрийский взрыв – внезапно резкое увеличение численности живых организмов, останки которых находят в отложениях осадочных пород земной коры.

Затем в Ордовикский период Палеозойской эры, начавшийся примерно 490 миллионов лет назад, новые виды животных и растений стали появляться один за другим. В это время произошло формирование первых коралловых рифов, в это же время появились первые рыбы. В то время как представители фауны осваивали океан, растения вовсю колонизировали сушу. Подлинное разделение видов и формирование многих мелких веточек «дерева эволюции» произошло именно в Ордовикском периоде, в то время как Кембрий дал начало только самым крупным «отросткам».

До сих пор ученые толком не объяснили причин возникновения огромного разнообразия живых форм. Несмотря на то, что насыщение атмосферы кислородом и стремительная эволюция шли параллельно, до сих пор не было обнаружено ни одного свидетельства в пользу того, что причиной бурного развития жизни стало именно изменение состава атмосферы.

Специалисты из Огайо изучали внезапное изменение климата в Кембрийском периоде с тех пор, как Зальцман нашел на западе Америки первое доказательство процесса уменьшения концентрации СО2 в атмосфере. За первой скальной породой последовала вторая, на этот раз уже европейская.

Нынешние же находки, сделанные в центральной части Америки и пустынях Австралии, позволяют ученому говорить, что данное событие имело мировые масштабы.

В то время как большая часть современных континентов была скрыта водами мирового океана или составляла часть Гондваны – доисторического суперконтинента, тектоническая активность выбрасывала все новые и новые горные породы на поверхность Земли, где они мгновенно разъедались кислотными дождями. Эти обильные осадки осуществляли перенос диоксида углерода из атмосферы в осадочные породы, а также способствовали выделению кислорода. Таким образом, осуществлялся процесс, обратный формированию парникового эффекта.

Однако, хотя из предыдущих работ Зальцману и было известно, что углекислый газ в атмосфере постепенно заменялся кислородом, задерживался он в ней или нет, ученым было не понятно.

Чтобы прояснить ситуацию, исследователи провели сравнения количеств так называемого «неорганического» углерода, попавшего в осадочные породы в результате кислотных дождей и углерода, образованного в ходе фотосинтеза планктоном. Так как планктон содержит различное количество изотопов углерода в зависимости от количества кислорода в атмосфере, геологи смогли выяснить, как много кислорода выделилось в этот период и насколько долго он оставался в атмосфере.

Изучение изотопного состава серы позволило ученым установить, что выделявшийся вновь кислород не поглощался сернистыми соединениями, хотя такие предположения также имели место.

В итоге Зальцман предложил, что события развивались следующим образом: тектоническая активность привела к усилению атмосферных процессов на планете, что выразилось в обильных кислотных дождях, осадивших большую часть атмосферного углекислого газа в нелетучие карбонатные минералы. Это явление привело к охлаждению планеты. Остывшие океаны стали более пригодны для жизни, что привело к чрезвычайному распространению планктона, высвободившего в ходе фотосинтеза огромные количества кислорода.

Только после этого мог произойти «кембрийский взрыв» – резкое увеличение биомассы планеты, а также формирование необычайного разнообразия живых организмов.

В качестве выводов из своей работы Зальцман предлагает задуматься о чувствительности атмосферы к содержанию углекислого газа в ней. Человек своим существованием обязан короткому мгновению в истории Земли, когда тектоническая активность привела к уменьшению концентрации СО2 в атмосфере. Глобальное охлаждение первоначально сильно ускорило развитие жизни на земле, однако 50 миллионов лет спустя, в позднем Ордовикском периоде, другая тектоническая активность – вероятнее всего, образование горной системы Аппалачи – привела к резкому похолоданию климата и смерти более 95% всех живых существ планеты.

Споры о том, является ли современное увеличение концентрации СО2 в атмосфере делом рук человека, или же это проявление одного из циклических процессов нашей планеты, не утихают и по сей день. Однако не вызывает сомнения тот факт, что природный баланс, обеспечивающий жизнь на земле, хрупок, и легко может быть нарушен, предупреждают учёные.

---

Кембрийский эволюционный взрыв

- одна из величайших загадок в истории развития жизни на Земле. Понадобилось 2,5 миллиарда лет, чтобы простейшие клетки развились в более сложные эукариотические клетки, и еще 700 млн лет для возникновения первых многоклеточных организмов. А затем, всего за какие-то 100 миллионов лет, мир оказался заселен невероятным разнообразием многоклеточных животных. С тех пор за более чем 500 миллионов лет на Земле не появилось ни одного нового типа (принципиально иного строения тела) животных.

В кембрийский период на Земле существовали громадные области, занятые континентальным шельфом, или материковыми отмелями. Здесь создались идеальные условия для жизни: дно, покрытое слоем мягкого ила, и теплая вода. К этому времени в атмосфере образовалось много кислорода. Развитие твердых покровов привело к появлению новых жизненных форм, таких, как членистоногие, артроподы. Животным понадобились новые способы защиты от высокоорганизованных хищников. Улучшились средства их защиты - и уже хищникам пришлось вырабатывать новые методы охоты, чтобы преодолеть сопротивление жертвы.

На протяжении кембрийского периода уровень моря неоднократно повышался и понижался. При этом некоторые популяции вымирали, а места их обитания занимали другие животные, которым, в свою очередь, приходилось приспосабливаться к новым условиям жизни. Со временем животные кембрия осваивали все новые, более и более специализированные способы питания. Животный мир становился разнообразнее, и все больше видов животных могло существовать бок о бок, не претендуя на пищевые ресурсы соседей.

Никогда больше на нашей планете не будет такого количества незанятых экологических ниш и столь слабой конкуренции между видами - иными словами, столь неограниченных возможностей для экспериментирования со стороны природы.

Алексей Петров, www.gazeta.ru

Оригинал статьи на сайте www.gazeta.ru

P.S. автор статьи путает кембрийский период и докембрий (венд), "кембрийский взрыв" разделяет эти периоды. И отличие между ними не только в увеличении разннобразия живых существ, но и в массовом появлении форм, обладающих скелетом. И трилобиты со своим панцирем жили, конечно, после "кембрийского взрыва".
Александр Мироненко www.ammonit.ru