Как преди 2,5 милиарда години мощен изблик на фосфор е изпълнил Земята с кислород
Преди два милиарда и половина години нашата планета се е трансформирала вечно. Атмосферата, която преди този момент е била съвсем лишена от О2, стартира да се насища с него. Това събитие, известно като Голямата кислородна злополука, е било дълъг и неустойчив развой, който в последна сметка е основал свят, подобаващ за комплициран живот.
Но какво тъкмо е било това пусково събитие? В продължение на десетилетия учените спорят за аргументите за тази световна смяна. Ново изследване, оповестено в Nature Communications, предлага своя отговор. Изглежда, че първият мирис на Земята е имал характерен химически катализатор. И името му е фосфор.
Какво ни споделят античните скали?
За да реконструират минали събития, геолозите учат античните скали. Камъните съхраняват списък от химически следи от остарели океани и атмосфери.
Два индикатора са значими при съответното проучване.
Първият са въглеродните изотопи (δ¹³C). Той демонстрира равнището на биологична интензивност. Когато фотосинтезиращите организми се развъждат интензивно във водата, те поемат лекия въглерод. След като умрат, този въглерод се утаява на дъното. Във водата остава повече тежък въглерод и скалите, които се образуват, получават този „ тежък “ въглерод. Високите стойности на δ¹³C демонстрират високата работливост на живите организми.
Вторият знак е фосфатно-асоциираният карбонат (CAP). Фосфорът е основен хранителен детайл. Без него не могат да се развиват организмите, произвеждащи О2. CAP демонстрира какъв брой фосфор е имало в морската вода, когато се е образувала скалата.
Учените са изследвали проби от 14 места на планетата и са открилисъвсем ясна корелация. Времевите интервали с доста високи стойности на δ¹³C – изключително по време на събитието Ломагунди (преди към 2,2 милиарда години) – съответстват безусловно тъкмо с пиковете в наличието на фосфор в океана. Двата сигнала – единият за продуктивността на живота, а другият за градивните детайли за него – са се движили дружно. Това демонстрира директна връзка.
a. Прогнозни равнища на кислорода в атмосферата от това изследване. Изображенията демонстрират приблизителното време на появяването на първите еукариоти и многоклетъчни организми. b. Диаграми, показващи измененията в концентрацията на разтворения в морската вода О2 (въз основа на данни от йодирането на водата). c. Изотопен състав на сярата в морската вода (жълтите блокове са от CAS, кафявите блокове са от евапорити). d. Диаграми на данните от CAP (фосфор) от това проучване Химичният развой в планетарен мащаб
На базата на тези данни може да се построи ясна поредност от събития.
Постъпване на фосфора. По някаква причина, като да вземем за пример вулкани или разрушение на сушата, в океана е попаднало огромно количество фосфор. Развитието на живота. За най-простите фотосинтезиращи организми това е било обилие от храна. Голямото количество фосфор ги е предиздвикало бързо да се размножат по цялата планета. Производство на О2. При фотосинтезата се създава О2 като непряк артикул. Масите от микроорганизми са почнали да го доставят в атмосферата в големи количества.Този механизъм демонстрира за какво пиковете на живота и фосфора съответстват. Повече храна води до повече живот и повече О2. Моделът, който учените са построили, удостоверява това: краткотрайното нарастване на фосфора в океана може да провокира мощно и трагично нарастване на кислорода във въздуха, повтаряйки модела, който геолозите следят в скалите.
Модел на цикъла на фосфора, който е разграничен на четири океански района Защо повишаването на кислорода е престанало?
След пика на събитието Ломагунди количеството на кислорода във въздуха доста намаляло и не се нараснало в продължение на още съвсем милиард години. Защо се е случило това?
Изглежда, че биосферата на Земята е потърпевша от личния си триумф.
Новата среда с повече О2 трансформирала химическия състав на океана. Кислородът оказал помощ на желязото и други детайли по-активно да свързват фосфора и да го отстраняват от водата. Той се утаява на дъното.
В последна сметка системата, която се е сдобила с доста „ гориво “, почнала бързо да го губи. Източникът на храна за живота е пресушен, продуктивността е спаднала, а производството на О2 е намаляло фрапантно. Този цикъл на напредък и проваляне демонстрира какъв брой нестабилна е била ранната система на Земята.
Сравнение на два модела за пояснение на Голямото кислородно събитие (GOE) Какво е смисъла на това изобретение?
Това изобретение демонстрира, че Голямото кислородно събитие е било деен развой, който се е управлявал от характерни биогеохимични цикли. В тези цикли животът освен е реагирал на изискванията на планетата, само че и самият той ги е променял.
Разбирането на тези съществени механизми ни оказва помощ да научим по какъв начин се е появила нашата околна среда. Този кислороден скок, въпреки и краткотраен, е основал предпоставки за появяването на еукариотите – комплицираните кафези, от които се състоят всички огромни живи същества, в това число и хората.
И по този начин големият прилив на фосфор, евентуално провокиран от вулканична активност преди към 2,5 милиарда години, е подхранил бързото увеличение на производството на О2 от фотосинтезиращите микроорганизми. Този фосфор, отмит от новообразуваните континенти и вулканичната пепел, е работил като тор в океаните, предизвиквайки разцвет на цианобактерии и други микроби, които употребяват въглероден диоксид и отделят О2 като непряк артикул. Този развой води до първото доста и дълготрайно повишение на кислорода в земната атмосфера – интервал, прочут като Голямото кислородно събитие
