Veľká oxidačná udalosť (GOE): počiatok voľného kyslíka v atmosfére
Objavte Veľkú oxidačnú udalosť (GOE): ako sinice pred miliardami rokov priniesli voľný kyslík, zmenili atmosféru, oceány, klímu a osud života na Zemi.
Veľká okysličovacia udalosť (GOE) bola procesom, pri ktorom sa do Zemskej atmosféry začal hromadiť trvalo voľný kyslík. Hlavnými producentmi tohto kyslíka boli sinice, ktoré vykonávali fotosyntézu. Kyslík vznikal už oveľa skôr, pravdepodobne už pred približne tromi miliardami rokov, ale rozsiahle zásoby voľného kyslíka v atmosfére vznikli až počas veľkej okysličovacej udalosti približne pred 2,4 až 2,0 miliardy rokov. Fotosyntetické organizmy teda produkovali kyslík pred aj po GOE, rozdiel bol v tom, či sa tento kyslík dokázal hromadiť v atmosfére alebo nie.
Prečo kyslík nevytváral atmosféru hneď
Pred GOE bol všetok vznikajúci voľný kyslík efektívne spotrebovaný takzvanými kyslíkovými pohlcovačmi („sinks“): organická hmota, vulkanické plyny a hlavne rozptýlené redukčné minerály v oceánoch. Zem má veľké zásoby železa v redukovanej (rozpustnej) podobe. Preto sa v oceánoch hromadilo mnoho rozpusteného železa – železo má vyššiu rozpustnosť v redukovanom stave ako v oxidovanom. Keď kyslík reagoval s týmto železom, vznikal oxidželezitý, ktorý sa vyzrážal a ukladal do hornín.
Dôkazy v horninách
Oxidácia železa vytvorila rozsiahle nánosy známe ako pásmové železité horniny, typické pre obdobia archea a proterozoika. Tieto železné vrstvy (tzv. BIF — banded iron formations) spolu s geochemickými signálmi v sírnych izotopoch a s nástupom tzv. "red beds" slúžia geológom ako priame dôkazy, že sa koncentrácia kyslíka v atmosfére zásadne zmenila. Pred GOE boli oblasti s vyšším obsahom kyslíka lokálne — tzv. "oxygen oases" — až kým sa nevyčerpali hlavné pohlcovače a kyslík nemohol zostať v atmosfére dlhodobo.
Dôsledky pre život a klímu
Vznik voľného kyslíka mal zásadné ekologické a klimatické dopady. Pre mnohé anaeróbne organizmy bol toxický – rapidná zmena chemického prostredia priniesla masové vymierania a selekčný tlak, ktorý podporil organizmy schopné tolerovať alebo využiť kyslík. Ako sinice budovali svoje stromatolity a produkovali kyslík, menilo sa prostredie pre ostatné protisty a mikroorganizmy; mnohé druhy by bez adaptácie vyhynuli.
Ďalším zásadným efektom bolo odstránenie atmosférického metánu, silného skleníkového plyn. Oxidácia metánu znížila skleníkový efekt, čo prispelo k výraznému ochladeniu planéty a pravdepodobne k tzv. hurónskemu zaľadneniu — jednej z najdlhších a najrozsiahlejších snehových epizód na Zemi v geologickej minulosti.
Dlhotrvajúci význam a ďalšie okysličovanie
Voľný kyslík sa od GOE stal kľúčovou zložkou atmosféry, aj keď jeho koncentrácia kolísala počas geologického času. V dôsledku ďalších biogeochemických procesov a neskorších evolučných udalostí došlo k ďalším fázam okysličovania (napr. počas neskorého proterozoika a pred vznikom mnohobunkových živočíchov). Stabilnejšia prítomnosť kyslíka umožnila vznik a rozvoj aeróbneho dýchania, zložitých organizmov a vznik ozónovej vrstvy, ktorá chránila povrch planéty pred škodlivým UV žiarením.
Prečo GOE považujeme za prelomovú udalosť?
- Trvalo zmenila chémiu atmosféry a oceánov, čo ovplyvnilo geológiu (umiestnenie minerálov) a klímu.
- Zmenila evolučné príležitosti — viedla k vymieraniu niektorých organizmov a otvorila priestor pre vznik aeróbnych metabolizmov a neskôr eukaryotov a mnohobunkových foriem života.
- Je dobre zaznamenaná v horninách (banded iron formations, izotopové záznamy), čo umožňuje jej datovanie a štúdium mechanizmov.
Veľká okysličovacia udalosť nebola jediným momentom, kedy sa obsah kyslíka v atmosfére menil, ale predstavuje prvú a jednu z najvýznamnejších dlhodobých trvalých zmien, ktorá zásadne ovplyvnila smer ďalšieho vývoja života na Zemi.
hromadenie O2 v zemskej atmosfére. Červené a zelené čiary predstavujú rozsah odhadov, zatiaľ čo čas sa meria v miliardách rokov (Ga). Fáza 1 (3,85-2,45 Ga): Prakticky žiadny O2 v atmosfére. Fáza 2 (2,45-1,85 Ga): O2 vzniká, ale je absorbovaný v oceánoch a horninách morského dna. Fáza 3 (1,85-0,85 Ga): O2 sa začína uvoľňovať z oceánov, ale je pohlcovaný povrchom pevniny. Štádium 4 a 5 (0,85 - súčasnosť): O2 klesá naplnený a plyn sa hromadí.
Časovanie
Dôkazom je, že voľný kyslík najprv produkovali fotosyntetizujúce organizmy (prokaryotické, neskôr eukaryotické), ktoré vylučovali kyslík ako odpadový produkt. Tieto organizmy žili dlho pred GOE, možno pred 3500 miliónmi rokov (mya). Kyslík, ktorý produkovali, by sa z atmosféry rýchlo odstránil "hromadným hrdzavením", ktoré viedlo k usadzovaniu pásových železných útvarov. Kyslík sa v atmosfére začal v malých množstvách udržiavať len krátko (~50 miliónov rokov) pred začiatkom GOE. Bez sťahovania by sa kyslík hromadil veľmi rýchlo. Pri dnešnej rýchlosti fotosyntézy (ktorá je oveľa vyššia ako v prekambriu bez suchozemských rastlín) by sa moderná hladina O2 v atmosfére mohla vytvoriť približne za 2 000 rokov.
Zhrnutie:
- 3 500 mya Archaean eon: produkcia kyslíka cyanobaktériami v stromatolitoch.
- Kyslík spôsobuje ukladanie železa vo forme oxidov železa v pásových železných formáciách.
- c. 2 400 mya Paleoproterozoikum: voľný kyslík uniká do atmosféry, väčšinou sa absorbuje na pevnine.
- c. 850 mya Neoproterozoikum: v atmosfére sa začína hromadiť kyslík. Pokračuje v náraste počas paleozoika až po súčasnú úroveň.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to Veľká okysličovacia udalosť (GOE)?
Odpoveď: GOE bol vznik voľného kyslíka v našej atmosfére, ktorý spôsobili sinice vykonávajúce fotosyntézu. Uskutočnila sa v dlhom časovom období, pred tromi miliardami rokov až približne pred jednou miliardou rokov.
Otázka: Ako došlo k GOE?
Odpoveď: Pred GOE organické látky a rozpustené železo chemicky zachytávali všetok voľný kyslík. Keď nezostalo dostatok železa na zachytenie väčšieho množstva kyslíka, voľný kyslík sa nahromadil v atmosfére, čo bolo GOE.
Otázka: Aké boli niektoré dôsledky GOE?
Odpoveď: Kyslík bol toxický pre väčšinu vtedajších anaeróbnych obyvateľov Zeme, takže mnohí vyhynuli. Voľný kyslík tiež reagoval s atmosférickým metánom, skleníkovým plynom, čím ho odstránil a spôsobil hurónske zaľadnenie - možno najdlhšiu snehovú epizódu na Zemi vôbec. Voľný kyslík je odvtedy dôležitou súčasťou našej atmosféry.
Otázka: Čo sú stromatolity?
Odpoveď: Stromatolity sú vrstevnaté štruktúry tvorené sinicami, ktoré sa nachádzajú v plytkých vodných prostrediach, ako sú lagúny a prílivové bazény. Vznikajú, keď baktérie zachytávajú častice sedimentov vo svojich slizových vrstvách a časom vytvárajú rohože na sebe.
Otázka: Ako ovplyvnila fotosyntéza Zem pred a po GOE?
Odpoveď: Fotosyntéza vytvárala kyslík pred GOE aj po nej; pred ňou však všetok voľný kyslík zachytávali organické látky alebo rozpustené železo, zatiaľ čo po nej sa časť voľného kyslíka mohla hromadiť v našej atmosfére kvôli nedostatku dostupného železa na jeho zachytávanie.
Otázka: Kedy došlo k tejto udalosti?
Odpoveď: Veľká udalosť okysličovania prebiehala pred tromi miliardami rokov až približne pred jednou miliardou rokov.
Prehľadať