Naš planet je složen sustav koji se dinamički razvija više od 4,5 milijardi godina. Sve komponente ovog sustava (čvrsto tijelo Zemlje, hidrosfera, atmosfera, biosfera), u međusobnoj interakciji, neprestano su se mijenjale u složenom, ponekad neočiglednom odnosu. Moderna Zemlja je srednji rezultat ove duge evolucije.
Jedna od najvažnijih komponenti sustava koji je Zemlja - atmosfera, koja je u izravnom kontaktu i s litosferom, i s vodenom ljuskom, i s biosferom, i sa sunčevim zračenjem. U nekim fazama razvoja našeg planeta atmosfera je doživjela vrlo značajne promjene s dalekosežnim posljedicama. Jedna takva globalna promjena naziva se kisikova katastrofa. Značaj ovog događaja u povijesti Zemlje iznimno je velik. Uostalom, s njim je bio povezan daljnji razvoj života na planeti.
Što je kisikova katastrofa
Pojam je nastao početkom druge polovice 20. stoljeća, kada je, na temelju proučavanja procesa pretkambrijske sedimentacije,zaključak o naglom porastu sadržaja kisika do 1% njegove trenutne količine (Pasterove točke). Kao rezultat toga, atmosfera je poprimila stalni oksidacijski karakter. To je zauzvrat dovelo do razvoja oblika života koji koriste mnogo učinkovitije disanje kisika umjesto enzimske fermentacije (glikolize).
Moderna istraživanja značajno su poboljšala prethodnu teoriju, pokazujući da je sadržaj kisika na Zemlji i prije i nakon arhejsko-proterozojske granice značajno fluktuirao, te je općenito povijest atmosfere mnogo kompliciranija nego prije mislio.
Drevna atmosfera i aktivnosti primitivnog života
Primarni sastav atmosfere ne može se utvrditi s apsolutnom točnošću i malo je vjerojatno da je bio konstantan u to doba, ali je jasno da se temeljio na vulkanskim plinovima i produktima njihove interakcije sa stijenama zemljine površine. Značajno je da među njima nije moglo biti kisika – on nije vulkanski proizvod. Rano je ozračje bilo restorativno. Gotovo sav atmosferski kisik je biogenog porijekla.
Geokemijski i insolacijski uvjeti vjerojatno su pridonijeli nastanku prostirki - slojevitih zajednica prokariotskih organizama, a neki od njih su već mogli provoditi fotosintezu (prva anoksigena, na primjer, na bazi sumporovodika). Ubrzo, očito već u prvoj polovici arheja, cijanobakterije su svladale fotosintezu kisika visoke energije,koji je postao krivac procesa, koji je dobio ime kisikove katastrofe na Zemlji.
Voda, atmosfera i kisik u Arheju
Moramo imati na umu da se primitivni krajolik odlikovao prvenstveno činjenicom da je teško legitimno govoriti o postojanoj granici kopna i mora za to doba zbog intenzivne erozije kopna zbog odsutnosti biljaka. Ispravnije bi bilo zamisliti ogromna područja često preplavljena izrazito nestabilnom obalom, takvi su bili uvjeti za postojanje prostirki cijanobakterija.
Kisik koji su oni oslobodili - otpadni proizvodi - ušao je u ocean i u donje, a zatim u gornje slojeve Zemljine atmosfere. U vodi je oksidirao otopljene metale, prvenstveno željezo, u atmosferi - plinove koji su bili njezini dio. Osim toga, potrošeno je na oksidaciju organske tvari. Nije došlo do nakupljanja kisika, samo je došlo do lokalnog povećanja njegove koncentracije.
Dugo uspostavljanje oksidirajuće atmosfere
Trenutno je val kisika na kraju arheja povezan s promjenama u Zemljinom tektonskom režimu (formiranje prave kontinentalne kore i formiranje tektonike ploča) i promjenom prirode vulkanske aktivnosti uzrokovane ih. To je rezultiralo smanjenjem efekta staklenika i dugom glacijacijom Hurona, koja je trajala od 2,1 do 2,4 milijarde godina. Također je poznato da je nakon skoka (prije oko 2 milijarde godina) uslijedio pad sadržaja kisika, čiji su razlozi još uvijek nejasni.
Tijekom gotovo cijelog proterozoika, do prije 800 milijuna godina, koncentracija kisika u atmosferi oscilirala je, međutim, ostala je u prosjeku vrlo niska, premda već viša nego u arheju. Pretpostavlja se da je takav nestabilan sastav atmosfere povezan ne samo s biološkom aktivnošću, već u velikoj mjeri i s tektonskim pojavama i režimom vulkanizma. Možemo reći da se katastrofa kisika u povijesti Zemlje protezala na gotovo 2 milijarde godina - to nije bio toliko događaj koliko dugotrajan složen proces.
Život i kisik
Pojava slobodnog kisika u oceanu i atmosferi kao nusproizvoda fotosinteze dovela je do razvoja aerobnih organizama sposobnih asimilirati i koristiti ovaj otrovni plin u životu. To djelomično objašnjava činjenicu da se kisik nije nakupljao tako dugo: oblici života pojavili su se prilično brzo da ga iskoriste.
Razbijanje kisika na granici arheja i proterozoika korelira s takozvanim događajem Lomagundi-Yatulian, izotopskom anomalijom ugljika koja je prošla kroz organski ciklus. Moguće je da je ovaj porast doveo do uspona ranog aerobnog života, kao što je primjer biota Francville koja datira prije otprilike 2,1 milijardu godina, koja uključuje navodno prve primitivne višestanične organizme na Zemlji.
Ubrzo, kao što je već napomenuto, sadržaj kisika je pao, a zatim fluktuirao oko prilično niskih vrijednosti. Možda bljesak života koji je uzrokovao povećanu potrošnju kisika,koji je još bio vrlo mali, odigrao je određenu ulogu u ovoj jeseni? U budućnosti su se, međutim, zasigurno pojavili nekakvi "džepovi kisika" u kojima je aerobni život postojao sasvim udobno i u kojima su se ponavljali pokušaji da se "dostigne višestanična razina"..
Posljedice i značaj kisikove katastrofe
Dakle, globalne promjene u sastavu atmosfere nisu bile, kako se pokazalo, katastrofalne. Međutim, njihove posljedice doista su radikalno promijenile naš planet.
Pojavili su se oblici života koji svoju životnu aktivnost grade na visokoučinkovitom disanju kisika, što je stvorilo preduvjete za naknadno kvalitativno usložnjavanje biosfere. Zauzvrat, to ne bi bilo moguće bez stvaranja ozonskog omotača Zemljine atmosfere - još jedne posljedice pojave slobodnog kisika u njoj.
Usto, mnogi anaerobni organizmi nisu se mogli prilagoditi prisutnosti ovog agresivnog plina u svom staništu i izumrli su, dok su se drugi bili prisiljeni ograničiti na postojanje u "džepovima" bez kisika. Prema figurativnom izrazu sovjetskog i ruskog znanstvenika, mikrobiologa G. A. Zavarzina, biosfera se "izvrnula naopačke" kao rezultat katastrofe kisika. Posljedica toga bio je drugi veliki događaj kisika na kraju proterozoika, koji je rezultirao konačnim stvaranjem višestaničnog života.
