Великая кислородная революция: как на Земле появился свободный кислород и почему его не было в атмосфере планеты первые 2 миллиарда её существования

Содержание кислорода в атмосфере сегодня около 21%, но в первые пару миллиардов лет существования планеты свободного кислорода в атмосфере Земли практически не было. Нет, кислород был на Земле с самого начала, но он был «связан», входил в состав воды, присутствовал в других соединениях. Однако свободного молекулярного кислорода, которым мы сегодня дышим, практически не было.

Появился свободный кислород на Земле благодаря древним микроорганизмам, когда предки цианобактерий «освоили» принципиально новый процесс — кислородный фотосинтез. Они «научились» преобразовывать энергию солнечного света в химическую энергию органических соединений. Побочным продуктом этого процесса и стал тот самый свободный кислород.

Но эта «фабрика» микроорганизмов по производству кислорода не могла быстро насытить атмосферу кислородом. На молодой Земле было чему поглощать первые, относительно небольшие, объемы выделяемого микроорганизмами кислорода. «Производимый» ими кислород вступал в реакции с минералами, вулканическими газами, с растворенным в воде древних океанов железом. Первый кислород практически полностью уходил на окисление окружающей среды. Следы этого процесса сохранились в геологических породах.

Примерно два с половиной миллиарда лет назад кислорода на Земле уже стало «производиться» больше, чем окружающая среда могла поглощать и он начал накапливаться в атмосфере. Этот период называют Великим кислородным событием, Великой кислородной революцией, кислородной катастрофой. Почему это событие иногда называют катастрофой, ведь кислородом дышит практически все живое на нашей планете? Да потому, что если что-либо для одного хорошо, то для другого это плохо. Так и в этом случае. Появление свободного кислорода на Земле стало катастрофой и приговором для древних анаэробов (анаэробных организмов), так как эти организмы дышали серой, мышьяком, да чем угодно, только не кислородом. Кислород для них — яд.

Само собой Великое кислородное событие не привело к мгновенному превращению бескислородной атмосферы Земли в современную. Процесс «насыщения» атмосферы кислородом шел долго и постепенно.

Когда-то кислорода в атмосфере было больше, чем сейчас

Были на Земле периоды, когда содержание кислорода в атмосфере значительно превышало нынешние 21%. Максимальным содержанием кислорода «отметились» каменноугольный и пермский периоды, когда по мнению ученых кислорода в атмосфере содержалось более 25%, а по некоторым оценкам этот показатель мог достигать и 30-35%. Главной причиной таких «всплесков» считают появление на поверхности планеты растений и захоронение (отложение) органического углерода.

Высокое содержание кислорода в атмосфере способствовало, хоть и не было единственным фактором, появлению гигантских насекомых. Например, размах крыльев некоторых древних стрекозоподобных достигал семидесяти сантиметров. Одновременно повышенная доля кислорода способствовала глобальным, частым и интенсивным природным пожарам. Доказательством этому служит то, что в геологических отложениях этого времени действительно обнаружено много ископаемого древесного угля.

Кислород в атмосфере Земли имеет биологическое происхождение. Его «производство» началось с древних фотосинтезирующих микроорганизмов, научившихся расщеплять воду с помощью солнечной энергии и выделять кислород. Сначала этот кислород связывался минералами, газами, растворенным в воде железом, затем начал накапливаться в атмосфере. И постепенно за последующие миллиарды лет биологические и геологические процессы постепенно «сформировали» привычный нам сегодня состав земной атмосферы с содержанием в ней кислорода на уровне 21%.