Из всех планет Солнечной системы только Земля имеет уникальную атмосферу, благоприятную для развития и процветания жизни. Откуда же взялась эта благодать? История долгая, путаная, но попробуем разобраться немного.
Итак, за 4,2 млрд. лет наша Земля изменилась кардинально. Цифру эту нам представить сложно, для нас и сто лет – срок немалый, а тут миллиарды. Но такова уж история Земли нашей.
Представьте себе картину: планета ещё довольно горячая, вулканы извергаются, солнце жарит так, что мы получили бы смертельные ожоги за минуты. А на поверхность Земли из её недр поступают пары воды, углекислый и угарный газы (угарный, как известно, смертельный), метан, аммиак, сероводород, водород…. Такой состав был у первичной атмосферы Земли. Да, неуютно и совсем непохоже на день нынешний. Даже дожди были необычные, кислотные: соляная кислота, аммиак, соединения серы растворялись в капельках воды и выпадали в виде дождя. Кислоты реагировали с горными породами, получались соли. Таким образом, вода древнейшего океана была с самого начала соленой, а не пресной. Такой и сейчас остаётся.
Даже сейчас в нашей атмосфере есть инертные или благородные газы: гелий, неон, аргона. Они-то откуда, они же ни с чем и ни с кем не реагируют, не зря инертные. А взялись они от естественного радиоактивного распада.
А водород и гелий, которые широко распространены во всей Вселенной? В атмосфере нынешней Земли на них приходится всего-то жалкие 0,00005 и 0,0005%. Да, были они когда-то в немалых количествах, но из-за лёгкости своей улетели в космос, когда планета ещё остывала.
Да, чуть не забыл: как же газ азот, которого сейчас аж 78%? Говорят, тоже из недр Земли, да ещё вулканы помогли. Азот — малоактивный газ, но без него не будет белков, ДНК и прочих жизненных веществ. Но лучше про него рассказать в особой статье.
Вот такая атмосферная картина древних эпох: кислорода нет, а всяких других газов, смертельных для любых организмов – много.
Нас же интересует именно кислород, без которого ни нам, ни миллионам других организмов жизни нет.
Важнейшее событие – так называемая кислородная катастрофа — глобальное изменение состава атмосферы Земли - произошла около 2,45 млрд. лет назад. Результатом кислородной катастрофы стало появление и постепенное накопление в атмосфере свободного кислорода.
Единственный источник кислорода фотосинтезирующие организмы. Больше кислороду взяться неоткуда. Фотосинтез - штука любопытная, появился он где-то 3,8 млрд. лет назад. Но вот беда: древние бактерии (назывались они археями) производили фотосинтез, при котором не вырабатывался кислород. (Археи и сейчас живут вполне себе неплохо).
Кислородный фотосинтез возник у сине-зелёных водорослей 2,7—2,8 млрд. лет назад. И эти водоросли сейчас замечательно себя чувствуют, в любом водоёме их пруд-пруди. Дело в том, что эти организмы научились разлагать воду, при этом и получался «газ жизни» – кислород. Современные растения, от какой-нибудь хлореллы до берёз, дубов и одуванчиков делают всё тоже: разлагают воду с выделением кислорода. Но первый кислород практически сразу расходовался на окисление горных пород, растворённых в воде веществ и газов атмосферы: сероводорода (воняет тухлыми яйцами, опасен), сернистого газа (спичку когда зажигаете, чуете резкой запах – это он), метана и водорода.
Как же жили тогдашние организмы без кислорода? Да неплохо жили, производили бескислородный обмен веществ, например, брожение. И сейчас масса организмов в кислороде не нуждается: многие бактерии, пардон, черви-паразиты нашего кишечника или всем известные дрожжи. Любители спиртного собственного производства это знают хорошо: ставят бутыль с брагой, а на горлышко натягивают резиновую перчатку; идёт брожение без кислорода и получается вожделенный спиртосодержащий напиток, а при кислороде получается уксус!
Но прошли какие-то 300-400 млн. лет и свершилась уже упоминаемая кислородная катастрофа. Произошла глобальная смена организмов, живших без кислорода (анаэробных) на аэробные, которые уже без кислорода не могли.
Тысячи и тысячи организмов просто вымерли, не смогли приспособиться к новым условиям, хотя «катастрофа» длилась не год и не два, а миллионы лет. Чем же хорош кислород? Дело в том, что когда с помощью кислорода расщепляются питательные вещества, то выделяется много энергии, а сами вещества превращаются в углекислый газ и воду; их расщеплять замучаешься. Так делают ныне рыбы и лягушки, волки и змеи, и мы, человеки.
Постепенное накопление кислорода в атмосфере имело огромные последствия. В дальнейшем наличие кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана. Озоновый слой ныне охраняет нас от губительного солнечного ультрафиолета, а мы его вроде бы активно разрушаем своей деятельностью. (Правда, эта стройная картина сейчас подвергается сомнению. Якобы кислород в атмосфере Земли появился благодаря вулканической деятельности. Но пусть об этом спорят большие учёные).
На протяжении огромной протерозойской эры, то есть от 2,5 млрд. лет до 550 млн. лет уровень кислорода в земной атмосфере накапливался, но ставался низким. Около 1 млрд. лет назад кислорода было около 1% – совсем мало! Сейчас – 21% и мы хорошо себя чувствуем. Но если, не дай Бог, его количество снизится процентов до 17-16, то можем и помереть быстро. Один процент кислорода - это так называемая «точка Пастера», с неё начинается бурная эволюция кислородных организмов. Этого количества оказалось достаточным для появления крупных многоклеточных животных, потребляющих кислород для дыхания.
А с появлением растительности на суше прирост кислорода в атмосфере усилился, где-то 450 млн. лет назад его количество составляло около 10 %, а уже миллионов 350 лет назад кислорода стало примерно столько же, сколько и сейчас. Так что динозавры жили во вполне современной атмосфере, лишь углекислого газа только было больше. Но содержание его в процессе эволюции атмосферы снижалось: часть вошла в состав углей, часть усваивали растения.
Где-то около 400 млн. лет назад по неизвестным причинам произошёл второй кислородный скачок. В чем причина? Возможно, так: в древних морях было огромное количество планктонных (плавающих) организмов, которые стали осаждать органику прямо на дно. Поэтому кислород, который тратился на окисление мертвого органического вещества до углекислого газа и воды, высвободился и стал накапливаться. Плюс уже упомянутые наземные растения.
Вот уже триста миллионов лет состав атмосферы почти не меняется. Что будет в будущем – пока не очень понятно, хотя крику по этому поводу много. Чего стоят утверждения о стремительном увеличении количества углекислого газа из-за нашей деятельности. Но тут ещё много вопросов, поживём – увидим.
Такие вот дела творятся вокруг нас, сограждане. Если статья показалась вам любопытной – отметьте, автору будет приятно.
