Naš planet je zapleten sistem, ki se dinamično razvija že več kot 4,5 milijarde let. Vse komponente tega sistema (trdno telo Zemlje, hidrosfera, atmosfera, biosfera), ki medsebojno delujejo, se nenehno spreminjajo v zapletenem, včasih neočitnem odnosu. Sodobna Zemlja je vmesni rezultat te dolge evolucije.
Ena najpomembnejših komponent sistema, ki ga Zemlja je - atmosfera, ki je v neposrednem stiku z litosfero, z vodno lupino, z biosfero in s sončnim sevanjem. Na nekaterih stopnjah razvoja našega planeta je ozračje doživelo zelo pomembne spremembe z daljnosežnimi posledicami. Ena takih globalnih sprememb se imenuje kisikova katastrofa. Pomen tega dogodka v zgodovini Zemlje je izjemno velik. Navsezadnje je bil z njim povezan nadaljnji razvoj življenja na planetu.
Kaj je kisikova katastrofa
Izraz je nastal v začetku druge polovice 20. stoletja, ko je na podlagi proučevanja procesov predkambrijske sedimentacijesklep o nenadnem povečanju vsebnosti kisika do 1 % njegove trenutne količine (Pasterjeve točke). Posledično je ozračje prevzelo stalno oksidativni značaj. To pa je vodilo do razvoja življenjskih oblik, ki uporabljajo veliko učinkovitejše dihanje kisika namesto encimske fermentacije (glikolize).
Sodobne raziskave so znatno izboljšale predhodno obstoječo teorijo in pokazale, da je vsebnost kisika na Zemlji pred in po arhejsko-proterozojski meji znatno nihala, na splošno pa je zgodovina ozračja veliko bolj zapletena kot prej. misel.
Starodavno vzdušje in dejavnosti primitivnega življenja
Primarne sestave atmosfere ni mogoče določiti z absolutno natančnostjo in ni bilo verjetno, da bi bila v tistem obdobju konstantna, vendar je jasno, da je temeljila na vulkanskih plinih in produktih njihove interakcije s kamninami zemeljskega površja. Pomembno je, da med njimi ni moglo biti kisika - ne gre za vulkanski produkt. Zgodnje vzdušje je bilo tako restavrativno. Skoraj ves atmosferski kisik je biogenega izvora.
Geokemične in insolacijske razmere so verjetno prispevale k nastanku preprog - slojevitih združb prokariontskih organizmov, nekateri pa so že lahko izvajali fotosintezo (prvo anoksigensko, na primer na osnovi vodikovega sulfida). Kmalu, očitno že v prvi polovici arheje, so cianobakterije obvladale visokoenergetsko kisikovo fotosintezo,ki je postal krivec procesa, ki je dobil ime kisikova katastrofa na Zemlji.
Voda, atmosfera in kisik v Arheju
Ne smemo pozabiti, da je primitivno pokrajino odlikovalo predvsem dejstvo, da je zaradi intenzivne erozije kopnega zaradi pomanjkanja rastlin komaj upravičeno govoriti o stabilni meji kopnega in morja za tisto obdobje. Pravilneje bi si predstavljali obsežna območja, pogosto poplavljena z zelo nestabilno obalo, takšni so bili pogoji za obstoj cianobakterijskih preprog.
Kisik, ki ga sproščajo - odpadni produkti - je vstopil v ocean in v spodnje, nato pa v zgornje plasti Zemljine atmosfere. V vodi je oksidiral raztopljene kovine, predvsem železo, v ozračju - pline, ki so bili del nje. Poleg tega so ga porabili za oksidacijo organske snovi. Do kopičenja kisika ni prišlo, prišlo je le do lokalnega povečanja njegove koncentracije.
Dolga vzpostavitev oksidacijske atmosfere
Trenutno je val kisika na koncu arheja povezan s spremembami zemeljskega tektonskega režima (nastajanje prave celinske skorje in nastajanje tektonike plošč) in spremembo narave vulkanske dejavnosti, ki jo povzroča njim. To je povzročilo zmanjšanje učinka tople grede in dolgo Huronsko poledenitev, ki je trajala od 2,1 do 2,4 milijarde let. Znano je tudi, da je skoku (pred približno 2 milijardama let) sledil padec vsebnosti kisika, razlogi za to pa še niso jasni.
Skoraj v celotnem proterozoju, do pred 800 milijoni let, je koncentracija kisika v ozračju nihala, vendar je ostala v povprečju zelo nizka, čeprav že višja kot v arheju. Domneva se, da je tako nestabilna sestava ozračja povezana ne le z biološko aktivnostjo, ampak v veliki meri tudi s tektonskimi pojavi in režimom vulkanizma. Lahko rečemo, da se je kisikova katastrofa v zgodovini Zemlje raztezala za skoraj 2 milijardi let - ni bil toliko dogodek, kot dolg zapleten proces.
Življenje in kisik
Pojav prostega kisika v oceanu in atmosferi kot stranskega produkta fotosinteze je pripeljal do razvoja aerobnih organizmov, ki so sposobni asimilirati in uporabiti ta strupeni plin v življenju. To deloma pojasnjuje dejstvo, da se kisik ni kopičil tako dolgo: življenjske oblike so se pojavile precej hitro, da bi ga izkoristile.
Izbruh kisika na arhejsko-proterozojski meji je v korelaciji s tako imenovanim lomagundsko-jatulskim dogodkom, izotopsko anomalijo ogljika, ki je šla skozi organski cikel. Možno je, da je ta porast povzročil porast zgodnjega aerobnega življenja, kot ponazarja biota Francville izpred približno 2,1 milijarde let, ki domnevno vključuje prve primitivne večcelične organizme na Zemlji.
Kmalu je, kot že omenjeno, vsebnost kisika padla in nato nihala okoli dokaj nizkih vrednosti. Morda preblisk življenja, ki je povzročil povečano porabo kisika,ki je bila še zelo majhna, je v tej jeseni igrala določeno vlogo? V prihodnosti pa so morali nastati nekakšni »kisikovi žepi«, kjer je aerobno življenje obstajalo precej udobno in je večkrat poskušalo »doseči večcelično raven«..
Posledice in pomen kisikove katastrofe
Torej, globalne spremembe v sestavi ozračja, kot se je izkazalo, niso bile katastrofalne. Vendar so njihove posledice res korenito spremenile naš planet.
Pojavile so se življenjske oblike, ki svojo življenjsko aktivnost gradijo na visoko učinkovitem kisikovem dihanju, kar je ustvarilo predpogoje za kasnejše kvalitativno zapletanje biosfere. Po drugi strani pa ne bi bilo mogoče brez nastanka ozonske plasti Zemljine atmosfere - še ena posledica pojava prostega kisika v njej.
Poleg tega se številni anaerobni organizmi niso mogli prilagoditi prisotnosti tega agresivnega plina v svojem habitatu in so izumrli, drugi pa so se bili prisiljeni omejiti na obstoj v "žepih" brez kisika. Po figurativnem izrazu sovjetskega in ruskega znanstvenika, mikrobiologa G. A. Zavarzina, se je biosfera zaradi kisikove katastrofe "obrnila navznoter". Posledica tega je bil drugi veliki kisikov dogodek ob koncu proterozoika, ki je povzročil končno oblikovanje večceličnega življenja.
