«Великое кислородное событие» на рубеже архея и протерозоя не было ни великим, ни событием. Кислород как фактор эволюции жизни на земле Кислородная катастрофа влияние на виды

Накопление O 2 в атмосфере Земли:
1 . (3,85-2,45 млрд лет назад) - O 2 не производился
2 . (2,45-1,85 млрд лет назад) O 2 производился, но поглощался океаном и породами морского дна
3 . (1,85-0,85 млрд лет назад) O 2 выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя
4 . (0,85-0,54 млрд лет назад) все горные породы на суше окислены, начинается накопление O 2 в атмосфере
5 . (0,54 млрд лет назад - по настоящее время) современный период, содержание O 2 в атмосфере стабилизировалось

Кислородная катастрофа (кислородная революция) - глобальное изменение состава атмосферы Земли , произошедшее в самом начале протерозоя , около 2,4 млрд лет назад (период сидерий). Результатом Кислородной катастрофы стало появление в составе атмосферы свободного кислорода и изменение общего характера атмосферы с восстановительного на окислительный. Предположение о кислородной катастрофе было сделано на основе изучения резкого изменения характера осадконакопления.

Первичный состав атмосферы

Точный состав первичной атмосферы Земли на сегодняшний день неизвестен, однако считается общепризнанным, что она сформировалась в результате дегазации мантии и носила восстановительный характер. Основу её составляли углекислый газ , сероводород , аммиак , метан . В пользу этого свидетельствуют:

неокисленные отложения, образовавшиеся явно на поверхности (например, речная галька из нестойкого к кислороду пирита);
отсутствие известных значимых источников кислорода и других окислителей;
изучение потенциальных источников первичной атмосферы (вулканические газы, состав других небесных тел).

Причины кислородной катастрофы

Единственным значимым источником молекулярного кислорода является биосфера, точнее, фотосинтезирующие организмы. Появившись в самом начале существования биосферы, фотосинтезирующие архебактерии вырабатывали кислород, который практически сразу расходовался на окисление горных пород, растворённых соединений и газов атмосферы. Высокая концентрация создавалась лишь локально, в пределах бактериальных матов (т. н. «кислородные карманы»). После того, как поверхностные породы и газы атмосферы оказались окисленными, кислород начал накапливаться в атмосфере в свободном виде.

Одним из вероятных факторов, повлиявших на смену микробных сообществ, было изменение химического состава океана, вызванное угасанием вулканической активности.

Последствия кислородной катастрофы

Биосфера

Поскольку подавляющая часть организмов того времени была анаэробной , неспособной существовать при значимых концентрациях кислорода, произошла глобальная смена сообществ: анаэробные сообщества сменились аэробными , ограниченными ранее лишь «кислородными карманами»; анаэробные же сообщества, наоборот, оказались оттеснены в «анаэробные карманы» (образно говоря, «биосфера вывернулась наизнанку»). В дальнейшем наличие молекулярного кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана , существенно расширившего границы биосферы и привело к распространению более энергетически выгодного (по сравнению с анаэробным) кислородного дыхания.

Литосфера

В результате кислородной катастрофы практически все метаморфические и осадочные породы , составляющие большую часть земной коры, являются окисленными.

) объединил целый ряд феноменов, связанных с рубежом архея и протерозоя, под именем «Великое кислородное событие» (Great Oxigenation Event). Имеющиеся данные позволяли представить этот рубеж таким образом: начало деятельности фотосинтетических организмов, накопление кислорода в связи с ней, и постепенное превращение планеты из восстановительной в окислительную. Последующие работы существенно скорректировали эту модель. Фотосинтетические организмы, выделяющие кислород, зародились на заре архейской жизни, но свободный кислород на рубеже архея и протерозоя появился благодаря изменениям характера земного вулканизма. 90% своей жизни планета имела практически бескислородную гидросферу и атмосферу, при этом в протерозое содержание кислорода оказывается существенно меньшим, чем предполагалось прежде, и исключительно непостоянным.

В 50-х годах XX века стали накапливаться данные о раннепротерозойском кислородном скачке (Кислородная катастрофа , или Great Oxigenation Event , «Великое кислородное событие»). Складывалось представление, что ранняя атмосфера планеты была восстановительной, а затем 2,6–2,2 млрд лет назад атмосфера и океан постепенно стали наращивать свободный кислород. Кислород образовывался как побочный продукт деятельности фотосинтетиков: для получения энергии они использовали самое легкодоступное вещество на планете - воду. Такая модель основывалась на геохимических данных. Основным из них считалось высокое содержание в архейских породах двухвалентного (недоокисленного) железа в виде пирита (FeS 2), магнетита (Fe 3 O 4), сидерита (FeCO 3). Зерна пирита при этом могли быть хорошо обкатаны, а, следовательно, они подвергались активному воздействию поверхностных вод и атмосферы. Также показательным виделось присутствие в древнейших породах графита (неокисленного углерода), лазурита (Na 2 S - неокисленная сера), а также железо-марганцевых руд. Эти последние формируются преимущественно в низкокислородных условиях, так как в неокисленном состоянии железо и марганец мигрируют вместе, а при повышенном содержании кислорода железо теряет подвижность, и их пути расходятся. В конце 60-х годов было представлено еще одно важное доказательство в пользу восстановительной атмосферы на древней Земле: осадочные уранинитовые конгломераты. Они могли накапливаться только в отсутствии кислорода, поэтому их находят только в древнейших породах. В протерозойских породах стали преобладать минералы с высокой степенью окисления элементов, железо-марганцевые руды и ураниниты исчезли. Зато появились редкие элементы, которые включаются в осадочные минералы в присутствии кислорода.

Проверка и уточнение этой гипотезы заняли следующие четыре десятка лет. Что вызвало кислородную революцию? Каковы датировки этого события? Куда девался кислород до великой кислородной революции и был ли он вообще? Почему вброс кислорода на рубеже архея и протерозоя произошел относительно быстро, а накопление кислорода шло медленно? Какова роль живых организмов в этом процессе? На все эти вопросы следовало поискать ответы. На страницах Nature Тимоти Лайонз (Timothy Lyons) с коллегами из отделения наук о Земле Калифорнийского Университета в Риверсайде суммировали то, что за это время удалось узнать. Картина, как выясняется, и сложнее, и интереснее, чем первоначальная простая модель, схематично изображенная на рис. 2.

В связи с обсуждениями этой модели прежде всего следует задать вопрос о датировках кислородного события: все же, когда это произошло? Обычно, отвечая на этот вопрос, ссылаются на данные по фракционированию серы. Из-за разной реакционной способности изотопы серы накапливаются в минералах в определенных соотношениях - в этом и суть фракционирования изотопов. По этим соотношениям судят о механизмах фракционирования: механических соответственно массе изотопов (это масс-зависимое фракционирование) или биологических (это масс-независимое фракционирование). Сигнал о смене масс-независимого фракционирования на масс-зависимое фракционирование легко читается в архейских и протерозойских породах. Считалось, что масс-независимое фракционирование обеспечивали бактерии сульфатредукторы: они предпочитали для своих нужд более легкие изотопы. Поэтому архейское время с масс-независимым сигналом считали анаэробным миром сульфатредукторов. А когда в наступившем кислородном изобилии их восстановительный мир, как предполагалось, съежился до крошечных анклавов, то и биологическое фракционирование серы в основном остановилось. И по этому сигналу датировалось наступление Великой кислородной революции. Однако удалось красиво доказать, что сдвиг от масс-независимого к масс-зависимому фракционированию изотопов серы объясняется вовсе не свержением сульфатредукторов с их господствующих позиций (об этом см. новость Древнейшие бактерии архея не были сульфатредукторами , «Элементы», 28.09.2012). Этот переход был связан с изменениями в архейской атмосфере (ее прозрачностью, плотностью, типами и объемом вулканических выбросов). Это не значит, что сульфатредукторов не было, это не значит, что не было биологического масс-независимого фракционирования серы. Это означает, что не следует связывать датировку событий фракционирования серы с кислородной революцией. Сульфатредукторы - своим чередом, а фракционирование серы - своим, и где тут помещается поступление кислорода - неизвестно. Более того, сигнал масс-независимого фракционирования может быть «размазан» во времени из-за постоянного геологического круговорота серы. Минералы, несущие тот или иной сигнал фракционирования, могли сформироваться в более древние времена, затем оказаться погребенными, затем вновь подняться к поверхности. Таким образом, древний сигнал может появиться и в более молодых образцах. Поэтому на сегодняшний день трудно, во-первых, связать сигнал о масс-независимом фракционировании с определенным временем, во-вторых, с определенным биологическим механизмом, в третьих, с кислородным событием.

Другой возможный подход к датировке кислородного события основан на поиске следов производителей кислорода - цианобактерий и других хлорофилл-содержащих организмов. Таким способом можно убить сразу двух зайцев - и оценить время наступления кислородной эры, и прикинуть, кто за этим стоит. Палеонтологи находят множество архейских ископаемых, которые интерпретируются как те или иные микроорганизмы. Но их морфология настолько проста, что трудно с уверенностью утверждать, что их метаболизм основывался на кислородном фотосинтезе.

Считалось также, что в рассуждениях об архейской жизни можно опираться на данные по биомаркерам - молекулам, специфически указывающих на тот или иной тип метаболизма и/или тип микроорганизмов. Такими, например, являются молекулы стеранов , присущих только эукариотам; для их синтеза необходим кислород. Стераны обнаружили в породах, возрастом 2,7 млрд лет. Пока ученые обсуждали, так ли уж необходим кислород для синтеза стеранов, а если необходим, то в каком количестве, оказалось, что взбудоражившие всех стераны являются позднейшим загрязнением (об этом читайте в новости Древнейшие следы эукариот и цианобактерий на Земле признаны поздним загрязнением , «Элементы», 29.10.2008). Кроме того, некоторые последние работы заставляют сомневаться в надежности данных по биомаркерам: из них многие могут оказаться позднейшим загрязнением. Но опять же, это не означает, что фотосинтетиков не было. Они были, и даже с большой вероятностью.

Чтобы подтвердить свои предположения, Лайонз с коллегами предлагает обратить внимание на график распределения органического вещества в осадочных породах архея (рис. 3).

Поразительно! Органического углерода в архее продуцировалось столько же, сколько и в населенном неогене. Теоретически продуцентами этой органики можно представить и железобактерий, окисляющих Fe 2+ до Fe 3+ , и сульфатредукторов, окисляющих сероводород, и некоторых других экзотических фото- и хемосинтетиков. Но геохимические данные не позволяют считать этих продуцентов решающей силой. Все же в первую очередь приходится обращаться к кислородному фотосинтезу, чтобы объяснить высокую продукцию органики в архее. Следовательно, фотосинтетики уже вовсю работали в архее. Это заключение в большей степени основано на логике, чем на фактических данных. Кроме того, оно, хотя и отодвигает глубоко в архей начало кислородной жизни, но не помогает датировать события кислородной революции.

Об изменениях в характере синтеза органики судили по резким скачкам на изотопной кривой δ 13 С (рис. 4). В раннем протерозое около 2,4 млрд лет назад на кривой появляется высокий положительный экскурс (то есть, происходило повышение доли захороненной биологической продукции углерода), а около 2,2–2,1 - отрицательный. Как выясняется, раннепротерозойский пик δ 13 С асинхронный, а значит, его нельзя просто истолковать как повсеместное увеличение органического производства. Скорее нужно рассматривать увеличение захороненной органики как результат дисбаланса между процессами накопления (захоронения) и разложения органики. Ясно, что если эти два процесса идут с одинаковой скоростью, то ничего не накапливается и не подвергается захоронению, а значит, и никакого сигнала мы, вероятно, не получим. Сдвиг на изотопной кривой трактуется как нарушение этого баланса в сторону накопления.

Кислород в любом случае образуется, но быстро расходуется на окисление каких-то продуктов. В архее, как указывают авторы статьи, этими продуктами были, вероятно, вулканические газы - сероводород, сернистый газ, метан и водород. Изменения в характере вулканизма уменьшили поступление этих газов, кислород в итоге стал накапливаться. Все это вместе говорит о том, что «Великое кислородное событие» следует рассматривать как результат изменений вулканических процессов и геохимических соотношений, а не сдвигов биологической активности и метаболизма.

С этих позиций удобно истолковать наступление гуронского оледенения , вероятно, первого оледенения, превратившего планету в снежный шарик. Во время изменений вулканической деятельности, во-первых, в атмосферу стало поступать меньше метана и других парниковых газов, во-вторых, метан быстро окислялся появившимся кислородом. Для тогдашней планеты с ее тусклым солнышком (светимость Солнца в архее составляла 70-80% от современного) уменьшение количества парниковых газов оказалось критично: наступила долгая стужа, планета замерзла.

Как это ни удивительно, но вслед за кислородным событием на рубеже архея и протерозоя (уже ясно, что его не следует называть великим, так как собственно события и не было) не последовало постепенного нарастания кислорода, как можно было бы ожидать при наступлении эры фотосинтетиков. Количество кислорода то снижалось, то вновь увеличивалось, планетные оледенения то наступали, то заканчивались... Так, около 2,08–2,06 млрд лет назад количество кислорода резко снизилось. Соответственно упало и количество захороненной биоорганики. Причины этих скачков пока неизвестны. Также настораживает наличие неокисленных хрома и марганца в протерозойских палеопочвах: в присутствии кислорода эти металлы должны были бы окислиться чрезвычайно быстро.

Также оказалась несостоятельной гипотеза о существовании стратифицированного океана с насыщенными кислородом поверхностными водами и насыщенными сероводородом глубокими водами (модель Черного моря). Скорее всего, напротив, сероводородные слои размещались на мелководьях (рис. 5). И это как раз было следствием активной жизни и высокой органической продукции мелководий фотической зоны . Хотя, безусловно, кислородная стратификация океана так или иначе имела место.

В результате суммирования всех этих данных и рассуждений получается, что содержание кислорода в атмосфере и океане на протяжении протерозоя было непостоянным. Оно немного повысилось по сравнению с археем, хотя оставалось сравнительно низким - ниже, чем предполагалось прежде. Стоит заметить, что никаких особых изменений в биоте с кислородными флуктуациями не связано.

Таким образом, история кислорода на планете предстает несколько иной, чем представлялось прежде (рис. 6). Кислородный фотосинтез и, соответственно, использующие его фотосинтетики существовали с самых ранних архейских времен. Свободный кислород - побочная продукция их метаболизма - мог накапливаться локально (голубые стрелки на схеме), однако масштаб раннего фотосинтеза на планете пока трудно оценить. Весь этот кислород уходил на окисление органики и других элементов, в частности, вулканических газов. Изменения в характере вулканизма на планете начались в позднем архее. Они были связаны с формированием и стабилизацией континентальных плит. В результате этих геологических процессов баланс поступления кислорода и его изъятия резко нарушился: в атмосферу стал поступать свободный кислород. Эти взаимосвязанные процессы заняли значительное время, а не случились в конце архея по мановению волшебной «фотосинтетической» палочки. В течение протерозоя уровень кислорода менялся, временами на порядок, но в среднем оставался низким. Глубокие слои океана оставались бескислородными. В конце протерозоя океан оказался насыщенным кислородом до самых глубин.

Остается загадкой второй кислородный скачок, который произошел в конце протерозоя. С ним связывается появление многоклеточной жизни. Как это ни парадоксально, при наличии большого числа отложений этого возраста и, соответственно, внушительного количества данных по этому критическому интервалу, сейчас трудно сформулировать сколько-нибудь законченную модель этого кислородного сдвига. Важно, что незадолго до него появилось очень большое количество отложений органики, обогащенной легкими изотопами, а затем последовало великое оледенение и планета превратилась в снежный шар. После оледенения захоранивалась органика с низким изотопным сигналом 13 С. Иными словами, череда глобальных событий напоминает ту, что относится к раннепротерозойской последовательности. Ясно, что и в этом случае мог нарушиться баланс между производством и стоком кислорода.

Обзор ясно показывает, что наши знания о древнейших временах нашей планеты не полны, или даже ужасающе бедны. Остается лишь надеяться на будущих исследователей, и что этот неподатливый материал все же откроет им свои тайны.

Прыгать с парашютом или по-иному радоваться жизни, возможно лишь благодаря Кислородной катастрофе. И чтобы не усыпить читателя, сразу скажу, что эта обзорная статья лишь определяет темы, за которыми охотится наука.

На сегодняшний день принято считать, что источник молекулярного кислорода в атмосфере - фотосинтезирующие организмы. Так пишет любая википедия. Зачем про это пишу я? Чтобы отрицать, что: «Никто не будет отрицать тот факт, что кислородную атмосферу Земли создали и продолжают поддерживать именно растения. Это случилось потому, что они научились создавать органические вещества из неорганических, используя при этом энергию солнечного света (как мы помним из школьного курса биологии, подобный процесс называется фотосинтез)»

Конечно, растения тоже участвуют в атмосферном балансе, но судите сами: ок 2,5 млрд лет назад, жизнь на Земле представляли прокариоты, не способные к фотосинтезу, цианобактерии робко осваивались, а кислород в атмосфере уже был. Был, иначе за счет чего тогда к концу протерозоя все двухвалентное железо окислилось, или ушло ближе к ядру? Уже тогда, в раннепротерозойской атмосфере, парциальное давление кислорода увеличивалось не только из-за планетарных, но и космических причин. Очевидно, что кислород входил в состав океана, до появления растений: «По предположению австралийских ученых, первый сухой участок земли на нашей планете возник примерно 2,5 млрд лет назад, а до этого вся планета была покрыта сравнительно равномерным слоем воды, который образовался на поверхности после того, как Земля остыла.. ученые говорят, что к таким выводам они пришли на основе глобального физического и климатического моделирования»
Жаль, что моделируя прошлое, ученые не вспомнили, что молекула воды, которой была покрыта планета, состоит из атомов водорода и кислорода. Впрочем, наука это всего лишь метафора.

Естественно, кислород входил и в состав многих минералов при формирования первого суперконтинента. 2,5 млрд. до н.э., когда Ур становится частью Кенорленда , содействуя Кислородной катастрофе.

Это дает толчок для смены Архейского эона Протерозойским. Именно тогда, появление цианобактерий на континенте и начинает способствовать концентрации кислорода в атмосфере. Ибо цианобактерии - мутанты форм космической жизни, учились оксигенному фотосинтезу, когда на планете не было растений.

Кислород. Откуда он взялся - долгоинтересная тема. Раскрыть ее в объеме статьи возможно лишь фрагментарно. В тему, напомню о другом. О том, что леса - легкие планеты, думать ошибочно и вредно. Особенно оставаясь на ночь в комнате, полной растениями, выделяющими углекислый газ.

Немного ботаники. Да, новые лесные посадки дают кислорода больше, чем расходуют. Но и они стареют. А процессы старения и гниения жрут кислород, сохраняя его нулевой баланс. Следует так же учитывать, что «лесной» кислород используется, не отходя от кассы его обитателями. Все их разнообразие, от животных до грибов и микроорганизмов, нуждается в дыхании.
Впрочем, все мы дышим только для того, чтобы получать из пищи энергию. Удивительно, что некоторые особи умудряются часть ее расходовать на мысли, в то время, как прочие тратят на неврозы.. неважно. Важно, что леса и джунгли со своим населением, эгоистично удовлетворяют лишь собственные кислородные потребности. Тем не менее, реальная оценка ситуации говорит о том, что, кислородный голод планете не грозит:
«Наземная биота компенсирует в настоящее время лишь около 13% от антропогенного потребления кислорода, связанного со сжиганием ископаемого топлива. В результате имеет место постоянное снижение запасов молекулярного атмосферного кислорода. Однако в относительном выражении это снижение крайне незначительно из-за очень больших запасов молекулярного кислорода атмосферы (1 184 000 Гт O2). Годовое антропогенное потребление кислорода составляет лишь 0.0019% от его запаса в атмосфере, а снижение запаса кислорода - лишь 0.0016%. При нынешних темпах потребления кислорода человечеству нужно более 600 лет, чтобы уменьшить содержание кислорода на 1%.
Реальный предел потенциальным возможностям человечества по использованию кислородного ресурса атмосферы определен планетарными запасами ископаемого топлива. Потенциальные запасы в кислородном эквиваленте оцениваются в 16 500 (Rogner, 1998), 17 500 (World Energy Council, 1993) и 24 320 Гт КЭ (Keeling et al., 1993). Если использовать наибольшую из цитированных оценок, легко подсчитать, что даже при полном использовании запасов ископаемого топлива из атмосферы может быть потреблено не более 2% кислорода. Добавим, что разведанные в настоящее время запасы ископаемого топлива составляют около 25% от потенциальных. Следовательно, возможности воздействия человека на содержание кислорода атмосферы оказываются невелики..»
Если кликнуть эту ссылку, загрузится полный текст доклада: http://www.sevin.ru/fundecology/authors/zamolodchikov.html

Почему сохраняется кислородный баланс, и какие еще процессы компенсируют потребление кислорода, природа не объясняет. Попробуем разобраться.
Очевидно, кислород попадает в атмосферу, не только благодаря сольволизу, электролизу и прочим известным процессам. Но благодаря и неизвестным человеку законам эволюции. Ибо природе не выгодно отказываться от земной жизни, вложив в ее эволюцию значительный объем солнечной энергии. Природа прагматична. Каждый ее импульс работает на созидание более совершенных форм жизни и уничтожение неэффективных.

Поэтому, кислород дает нам возможность не только спать, кушать и размножаться, но и эволюционировать убирая за собой мусор. Т.е. жить активной жизнью, санируя осознаваемое доступное пространство, помогая кислороду, выступающему в роли мусорщика. Ведь помимо сжигания ископаемого топлива, атмосферный кислород расходуется на окисление биомассы. И здесь нужно с благодарностью упомянуть болота. Они утилизируют биоту с минимальным потреблением кислорода.
Следовательно, заболоченные участки земли, а не леса, справедливости ради можно назвать «лёгкими планеты». Ибо дарят атмосфере половину вырабатываемого ими кислорода, используя оставшуюся для своих нужд. Еще болота дарят человеку торф, природные антисептики, выделяемые мхами, уменьшают парниковый эффект.. словом, участвуют в Киотском протоколе.

Теперь о том, что земную атмосферу обогащает кислородом некоторая сумма реакций, благодаря которой приятней дышать на берегу океана, чем в лесу.. напр, более активное электрохимическое разложение воды. Этот процесс начался в ту пору, когда растения еще не научились быть растениями.
Определенно, Мировой океан - депо молекулярного кислорода. Обмен кислородом между океаном и атмосферой зависят от погоды, тектоники, концентрации морской биоты. Влияют на кислородный обмен и суточные, и сезонные изменения температуры. Понятно, что похолодание способствует растворимости кислорода. В высоких широтах интенсивней, ибо условия более подходящие: атмосфера, давление, температура. Так, при омывании водой дна или берегов, ее ОН- анион увлекается электромагнитным полем в донную породу. Задерживаясь на грунте, электрон от него отрывается и уходит под мантию, нагревает и плавит породу. Провоцирует процессы Мохо

Представьте континенты, бесконечные побережья, приливы-отливы. Какой эл.химический потенциал!

А представьте простую волну, облизывающую камни. Каждая капля, каждая песчинка участвуют в процессе. Потому, на берегу всегда свежий морской воздух. Природа не любит выдумывать новое, пользуясь принципом фрактальности. Вот и камни на берегу округлые, имеющие большую площадь для контакта с водой. Так волне удобней отдавать электроны, каждый раз оставляя гальку с положительным зарядом.
Веками, тысячелетиями, миллионами лет непрерывно, волна за волной, формируются массированные эл.волны, уходящие в грунт. Потому и берега неровные, что тектоническая скальная порода разъедена кислородом и хлором. Потому мокрая галька и камни фонят кислородом.

В тему, следует вспомнить и о движении магнитных полюсов. Их перемещение так же влияет на состояние атмосферы. Ибо интенсивней кислород продуцируется ближе к магнитным полюсам планеты. И когда солнечный ветер играет с магнитными полюсами, то красный или зеленый цвета северного сияния - абсолютная заслуга кислорода.

(фото не мое, автора не помню)

Аляска, Гренландия, Канада, Норвегия, Нов.Зеландия, Шотландия, Россия - Кольский залив.
Фьорды, шхеры, бухты, пляжи или заливы… идеальные генераторы кислорода. С некоторым допущением, можно говорить о таких прибрежных зонах, как об альвеолах, участвующие в акте дыхания планеты. Нагреваясь и охлаждаясь, океаны дышат. Океаны, это легкие планеты. Они в большей мере, чем их обитатели, дарят Земле кислород. Кислород, расходуемый на нашу с вами эволюцию.

Таким образом, вся кислородная рокировка на планете Земля сбалансирована мощными механизмами. Один из которых - электрохимический. Так, что со времен Кислородной катастрофы, кислородный голод планете не грозит. Этот баланс, невзирая на ошибки человечества, сохраняется благодаря энергии звезды по имени Солнце.
А оно пока не собирается гаснуть. У Солнца иные цели.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет экологии и химической технологии

Кафедра химической технологии топлива

по дисциплине

«Основы технического творчества»

на тему: «Этика в техническом творчестве»

Выполнил:

студент группы ТХВ-13 Островский С. В.

Проверил:

Кипря А.В

Донецк 2015 г.

а) Примеры Супервулканов 8

b) Последствия Супервулканов 9

Список использованных источников 19

Введение

В общественном сознании прочно укоренилось представление об экологии как о степени загрязнения окружающей среды. На самом деле это не так. Экология - это наука и она, как и все остальные науки, не может быть плохой или хорошей. Но сплошь и рядом слышится: "здесь плохая экология" или "там экология нарушена". Экология же, как наука изучает взаимоотношения в живой природе, и вот как раз они-то и нарушаются человеком все чаще и чаще. Это и исчезновение видов, каждый из которых выполнял в природе определенную роль, это и изменения численности других видов вследствие охоты, загрязнений, уничтожений мест обитания и т.д.

Когда в 1960-е гг. человечество начало осознавать серьёзность встающих перед ним экологических проблем, возник вопрос: сколько времени у нас осталось? Сколько лет пройдёт, прежде чем мы столкнёмся с трагическими последствиями нашего пренебрежительного отношения к окружающей среде? Ответом было: 30-35 лет. Сейчас, когда мы приближаемся к концу назначенного тридцатилетнего срока, этот прогноз навязчиво преследует человечество. Прогноз был недалёк от истины, так как налицо потепление климата, дыры в защитном озоновом слое над полюсами, повсеместное присутствие токсичных химических веществ, загрязнение пищевых продуктов остатками пестицидов и вымиранием огромного числа видов по мере отступления лесов перед растущим народонаселением планеты.

Всё это весьма печально. Отрадно же то, что перечисленные проблемы изучены и уже разработаны (по крайней мере теоретически или на уровне опытных установок) технологии, позволяющие их разрешить, а значит, обеспечить устойчивое развитие общества.

Природные катастрофы

1.1. Кислородная катастрофа

Кислородная катастрофа (кислородная революция) - глобальное изменение состава атмосферы Земли, произошедшее в самом начале протерозоя, около 2,4 млрд лет назад. Результатом Кислородной катастрофы стало появление в составе атмосферы свободного кислорода и изменение общего характера атмосферы с восстановительного на окислительный. Предположение о кислородной катастрофе было сделано на основе изучения резкого изменения характера осадконакопления.

Оказалось, что на протяжении загадочного периода «молчащей эволюции» содержание кислорода в атмосфере было на самом деле весьма невелико – всего 0,1% от нынешней его концентрации. То есть уровень кислорода сильно просел почти сразу же после первого резкого его повышения, случившегося 2,3 млрд лет назад. И следующий значительный скачок кислорода случился уже как раз 800 млн лет назад. То есть у жизни на Земле были все причины оставаться в относительной спячке.

Конечно, это исследование только констатирует факт того, что уровень кислорода упал после первого скачка вверх. Почему именно он упал, куда делся кислород из атмосферы на целый миллиард лет, мы пока можем только гадать. С другой стороны, нужно помнить, что даже после второго кислородного скачка эволюционный двигатель не сразу заработал в полную силу, и потребовалось ещё 260 млн лет, чтобы произошёл кембрийский взрыв, когда за короткое время образовалось огромное множество новых форм жизни. Возможно, в период перед кембрийским взрывом как раз и происходили окончательные молекулярно-генетические изменения, позволяющие организмам использовать все преимущества кислородной атмосферы. Наука и жизнь, Кислородная катастрофа случилась на Земле не сразу.

После первого скачка кислорода в земной атмосфере его уровень сильно упал, так что эволюции пришлось подождать больше миллиарда лет, чтобы начать создавать новые, «кислородные» формы жизни.

Миллиарды лет назад в атмосфере Земли не было никакого кислорода, и создавать его никто не умел - жившие в ту пору бактерии и архебактерии, хотя и были фотосинтетиками, кислород при этом не выделяли. Но где-то 2,3 млрд лет назад случилось то, что называют кислородной катастрофой. Произошла она из-за того, что цианобактерии научились кислородному фотосинтезу. С тех пор Земля, как говорится, уже никогда не была прежней, потому что на ней радикально изменилась атмосфера, и те организмы, которые хорошо чувствовали себя в бескислородной атмосфере, были вынуждены уйти в подполье, уступив «кислородным» формам жизни.

Однако, несмотря на перемены в составе атмосферы, жизнь на Земле развиваться не спешила. Разнообразие и сложность живых организмов ждали второго кислородного скачка, который случился 800 млн лет назад. При этом считается, что уровень кислорода в этот период, если и не рос, то оставался постоянным и достаточно высоким. Но если всё было так, то почему эволюция взяла такой большой таймаут? По одной из гипотез, задержка была вызвана малой доступностью микроэлементов, необходимых для работы ферментов, и лишь вследствие дальнейших геохимических процессов эти микроэлементы стали доступны живым клеткам. По другой версии, такой долгий промежуток времени потребовался организмам, чтобы создать и отрегулировать молекулярно-генетические механизмы, позволяющие существовать в новых условиях. Однако, по мнению Ноа Плаванаски (Noah J. Planavsky ) и его коллег из Калифорнийского университета в Риверсайде, никаких убедительных доказательств таким гипотезам нет. Зато есть доказательства для другого сценария, который исследователи описывают в своей статье в Nature .

Ранее выводы о составе древней атмосферы основывались на данных химического анализа осадочных пород, соответствующих периоду кислородной катастрофы. В результате выходило, что уровень кислорода в период между первым кислородным взрывом и вторым (то есть между 2,3 млрд и 800 млн лет назад) составлял примерно 40% от нынешнего, то есть довольно таки много. Однако эти способы анализа не позволяли увидеть возможных колебаний в содержании кислорода. Чтобы обнаружить такие колебания, исследователи решили оценить, с какой интенсивностью в те времена происходило перемещение с суши в океан изотопов хрома. Попадание хрома в океан возможно только в составе водорастворимых соединений шестивалентного хрома, а превращение трехвалентного хрома в шестивалентый зависит от содержания кислорода в атмосфере. При этом тяжёлый изотоп 53 Cr активнее взаимодействует с кислородом, чем 52 Cr, так что по их соотношению можно увидеть колебания уровня кислорода, имевшие место в древнейшие эпохи. В океане хром реагирует с железом и оседает в железных рудах.

Оказалось, что на протяжении загадочного периода «молчащей эволюции» содержание кислорода в атмосфере было на самом деле весьма невелико - всего 0,1% от нынешней его концентрации. То есть уровень кислорода сильно просел почти сразу же после первого резкого его повышения, случившегося 2,3 млрд лет назад. И следующий значительный скачок кислорода случился уже как раз 800 млн лет назад. То есть у жизни на Земле были все причины оставаться в относительной спячке. Коротко о результатах работы пишет NatureNews .