Как отличалась атмосфера планеты Земля от современной, 2,7 миллиарда лет назад и откуда взялся в атмосфере кислород, до кислородной катастрофы

Существует у биологов такое понятие — «кислородная катастрофа». Этим странным термином называют этап в эволюции земной атмосферы, который для нас теперешних был скорее благоприятным. А вот для прежних обитателей Земли, обернулся почти полным вымиранием.

Предполагается, что в ходе кислородной катастрофы случившейся примерно 2,7-2,4 млрд. лет назад, произошло существенное обогащение земной атмосферы молекулярным кислородом. А до этого времени воздушная оболочка нашей планеты кислорода практически не содержала, во всяком случае у поверхности.

2 миллиарда лет назад на Земле уже существовала жизнь, однако она очень отличалась от того, что мы привыкли видеть теперь. Кислород - газ, без которого нам не выжить, для неё оказался губительным ядом.

2 миллиарда лет назад на Земле уже существовала жизнь, однако она очень отличалась от того, что мы привыкли видеть теперь. Кислород – газ, без которого нам не выжить, для неё оказался губительным ядом.

Большинство учёных считает, что наполнение земной атмосферы кислородом имело биологическую природу: кислород выделялся в процессе жизнедеятельности живых организмов. Их роль в синтезе молекулы кислорода считается настолько значительной, что молекулярный кислород рассматривается в качестве одного из потенциальных биомаркеров, то есть соединений, наличие которых указывает на возможное существование жизни.

В работе Эндрю Томкинса с соавторами, опубликованной 12 мая 2016 года в журнале Nature, высказывается предположение, что значительное количество кислорода могло УЖЕ содержаться в земной атмосфере и ДО пресловутой кислородной катастрофы, но… насыщенный кислородом слой находился на достаточно большой высоте.

На существование этого слоя указал анализ микрометеоритов, которые Томкинс и его коллеги нашли в австралийских осадочных породах возрастом около 2.7 млрд. лет. Эти микрометеориты представляют собою шарики диаметром 8.6-50 мкм, полностью расплавившиеся и застывшие в процессе прохождения через атмосферу. Из шестидесяти микрометеоритов 59 оказались железными, в которых железо в значительной степени окислилось и превратилось в минералы вюстит и магнетит. Структура шариков и распределение в них оксидов железа свидетельствуют, что окисление произошло именно в процессе падения микрометеоритов, а не позже.

В принципе, окисление метеоритного железа могло произойти в реакциях с двумя молекулами — молекулярным кислородом и (или) углекислым газом. Однако эксперименты показывают, что реакции железа с углекислым газом происходят медленно и приводят к формированию только вюстита, тогда как реакции железа с кислородом протекают быстро, что больше соответствует условиям нагрева метеорита в атмосфере, и образуют наблюдаемую смесь вюстита и магнетита.

Кислородная катастрофа на Земле

В большинстве изученных микрометеоритов металлического железа практически не осталось; всё оно перешло в оксиды. Это говорит о том, что в архейской верхней атмосфере кислород не просто был — его было много.

Однако при этом свидетельства того, что в нижней атмосфере того времени кислорода практически не было, никто не отменял. Значит, химический состав атмосферы 2.7 млрд. лет назад был сильно неоднородным.

В современной атмосфере перемешивание слоёв подавлено там, где есть инверсия температуры, то есть рост температуры с высотой. Можно предположить, что инверсия температуры могла существовать и в архейской атмосфере, однако установить её положение, исследуя одни только микрометеориты, невозможно. Анализируя их, можно лишь установить, что на высотах порядка 70-80 км (там, где происходило их плавление), 2.7 млрд. лет назад содержание молекулярного кислорода было близко к современному.

Если предположить, что обогащение верхней атмосферы молекулами O2 происходило в результате фотодиссоциации углекислого газа, кислородный слой мог начинаться на высоте порядка 50 км.

Источник: http://astrochemistry.ru