Информация

Защо увеличаването на количеството кислород в атмосферата е благоприятно за живота?

Защо увеличаването на количеството кислород в атмосферата е благоприятно за живота?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Следях поредицата на Дейвид Атънбъро за „Първият живот“ и чух, че увеличаването на количеството кислород в атмосферата, както се случи точно преди Камбрия, като цяло е благоприятно за живота и също така позволява еволюцията на по-големи организми. Защо така? Дали защото аеробното дишане има по-добър коефициент на преобразуване в енергия?


Тъй като е благоприятно за процеса на аеробно дишане, което изисква O2, за да произведе АТФ, което е малкото устройство за съхранение на енергия.

С по-голяма концентрация на O2 беше възможно да се произведе повече АТФ, ако се развивате в тази посока и имате нужда от това ограничение да бъде премахнато.


Фактори, влияещи върху аеробното дишане: 8 Фактора | Растения

Следващите осем точки ще подчертаят осемте основни фактора, влияещи върху аеробното дишане при растенията.

Осемте фактора на околната среда, които влияят върху скоростта на дишане, са: (1) Съдържание на кислород в атмосферата (2) Ефект на температурата (3) Ефект на светлината (4) Ефект на съдържанието на вода (5) Ефект на вдишвания материал (6) Ефект на Концентрация на въглероден диоксид (7) Протоплазмени условия и (8) Други фактори.

(1) Съдържание на кислород в атмосферата:

Процентът на кислорода в заобикалящата атмосфера оказва голямо влияние върху скоростта на дишане. Но намаляването на съдържанието на кислород във въздуха обаче не води до значително понижаване на дихателната честота, докато процентът не спадне до около 10%. При 5% кислород настъпва определено забавяне на дишането.

Както е показано на графиката (фиг. 7.13), с увеличаване на концентрацията на кислород в атмосферата, скоростта на дишане също се увеличава, но този ефект не се ускорява толкова, колкото може да се очаква. Тази реакция на растенията и техните части зависи от няколко фактора. Растителните тъкани, които обикновено имат ниска скорост на дишане, не са толкова сериозно повлияни от ниската концентрация на кислород, както тези, които имат по-висока скорост на дишане.

При някои растения, като ориз, при отстраняване на кислород скоростта на дишане по отношение на общия произведен въглероден диоксид действително се увеличава. Това показва, че анаеробното дишане влиза в действие, когато кислородът вече не е наличен и че растението, ако трябва да компенсира относителната неефективност на тази система, трябва да диша по-бързо.

(2) Ефект на температурата:

Подобно на повечето химични реакции, скоростта на дишане е силно повлияна от температурата. Оценката на Q 10 на процеса за повишаване на температурата от 8° до 18 °C дава Q 10 от 2, което показва химическа реакция. Ако повишаването е при много по-висока начална температура, да речем между 20° и 30°C, тогава Q 10 може да падне под 2. Трябва да се има предвид, че различните растения или растителни части могат да покажат значителни вариации по отношение на оптималната температура за дишане.

В някои случаи скоростта на дишане се увеличава при по-ниска температура. E. F. Hopkins (1925) съобщава, че скоростта на дишане при белите картофи се увеличава, ако температурата се понижи до малко над точката на замръзване. Това увеличение на скоростта на дишане се дължи главно на увеличаване на количеството на респирируеми материали (като разтворими въглехидрати), които са склонни да се натрупват в ирландските картофи при температура малко над 0°C.

При температури, по-високи от оптималните за дишане, скоростта на дишане (по отношение на използвания кислород и CO2 произведени) пада поради взаимно преобразуване на респирируеми материали. Например, мазнините могат да се образуват от въглехидрати чрез реакция, при която се използва въглероден диоксид и се произвежда кислород. При много високи температури скоростта на дишане намалява значително и може дори да спре поради протоплазмени наранявания (фиг. 7.14).

(3) Ефект на светлината:

Светлината има косвен ефект върху скоростта на дишане. С увеличаването на интензитета на светлината се повишава и температурата на заобикалящата атмосфера, което се отразява на скоростта на дишане. Второ, количеството на респирируемия материал в растението до голяма степен зависи от скоростта на фотосинтезата, която е пряко повлияна от светлината и трето, устицата остават отворени през деня и следователно през тях се осъществява бърз обмен на газове.

(4) Ефект на водното съдържание:

В определен диапазон съдържанието на вода в растителната тъкан значително влияе върху скоростта на дишане. В повечето семена, които могат да се съхраняват, съдържанието на влага се поддържа под точката, която позволява бързо дишане. С увеличаването на съдържанието на влага е вероятно скоростта на дишане да се увеличи, в резултат на което ще настъпи бърза загуба на жизнеспособност и в същото време температурата също ще се повиши и зърното може да се развали (фиг. 7.15).

За разлика от повечето зелени тъкани, ксерофитите, лишеите и листните мъхове (видове Sphagnum) могат да бъдат доведени до въздушно сухо състояние при ниска влажност без видима загуба на тяхната жизнеспособност.

(5) Ефект на вдишвания материал:

Количеството и видът на респирируем материал, присъстващ в клетките, влияят значително върху скоростта и хода на дишането. Доказано е, че растенията дишат по-бързо, след като са били изложени на условия, благоприятни за фотосинтеза, по време на които се синтезират въглехидрати. Установено е също, че увеличаването на дишането е свързано с увеличаване на разтворимите захари.

(6) Ефект от концентрацията на въглероден диоксид:

Скоростта на дишане обикновено не се влияе от повишаване на концентрацията на въглероден диоксид в заобикалящата атмосфера до 19%, но с увеличаване на концентрацията от 10% до 80%, настъпва прогресивно намаляване на дишането.

Специфичен отговор на по-висок CO2 концентрацията варира в зависимост от конкретния вид тъкан и растение. Ефектът на CO2 концентрацията е по-значителна, когато температурата и подаването на кислород са ниски. При много висока концентрация на CO2 растителните тъкани са наранени или дори убити.

(7) Протоплазмени условия:

Младите растящи тъкани, които имат по-голямо количество протоплазма в сравнение с по-старите тъкани, показват по-висока скорост на дишане. Тяхната по-висока скорост на дишане подпомага меристематичните дейности на клетките, като доставят голямо количество енергия. Степента на хидратация на протоплазмата в клетките влияе върху скоростта, а механичното нараняване на растителните тъкани ще ускори дишането.

(8) Други фактори:

Съобщава се, че различни химикали, като цианиди, азиди и флуориди, притежават свойства за забавяне на дишането чрез ефекта си върху дихателните ензими. Скоростта на дишане може да се ускори от ниски концентрации на съединения като етилен, въглероден оксид, хлороформ и етер.

Хлоридите на различни минерали, като натрий, калий, калций и магнезий, имат изразен ефект върху скоростта на дишане. Едновалентните хлориди, като KCl и NaCl, увеличават скоростта на дишане, докато двувалентните хлориди, като MgCl2 и CaCl2 значително да го намали. Стюард и Престън (1941) откриват катиони, които потискат дишането и фотосинтезата.


Повишаването на нивата на кислорода е свързано с древна експлозия на живота, откриват изследователите

Кислородът е осигурил глътка свеж въздух за изучаването на еволюцията на Земята преди около 400 милиона години.

Екип от изследователи, включително член на факултета и постдокторант от Вашингтонския университет в Сейнт Луис, установи, че нивата на кислород изглежда се увеличават приблизително по едно и също време с трикратно увеличение на биоразнообразието през Ордовикския период, между 445 и 485 милиона преди години, според проучване, публикувано на 20 ноември в Наука за природата.

„Тази оксигенация се поддържа от два подхода, които са предимно независими един от друг, като се използват различни набори от геохимични записи и се прогнозира същото количество оксигенация, настъпила приблизително по същото време като диверсификацията“, каза Коул Едуардс, главен изследовател на проведено проучване. когато е бил постдокторант в лабораторията под старши автор на статията, Дейвид Файк, доцент по Земята и планетарните науки в областта на изкуствата и науките. Другите автори са Матю Салцман от Държавния университет в Охайо и Дана Ройър от университета Уеслиън в Кънектикът.

„Направихме още една връзка между биоразнообразието и нивата на кислород, но този път по време на Ордовик, където почти модерните нива на кислород бяха достигнати преди около 455 милиона години“, каза Едуардс, асистент по геологични и екологични науки в Апалачския щат в Буун, Северна Каролина. „Трябва да се подчертае, че това вероятно не е единствената причина, поради която диверсификацията се е случила по това време. Вероятно е, че други промени – като охлаждане на океана, увеличено снабдяване с хранителни вещества в океаните и натиск от хищници – са работили заедно, за да позволят на животинския живот да се разнообрази за милиони години."

Тази експлозия на разнообразието, призната за Голямото събитие за биодиверсификация на Ордовик, доведе до възхода на различни морски животи, огромни промени в семействата и видовете видове, както и промени в Земята, започващи от дъното на океанското дъно. Астероидните удари бяха сред многото проучени смущения като причини за такава експлозия на промените. Едуардс, Файк и други искаха да продължат да изследват връзката между нивата на кислород в океанската атмосфера и нивата на разнообразие на животните през дълбокото време.

Оценяването на такива нива на кислород е особено трудно: няма начин директно да се измери съставът на древните атмосфери или океани. Машините на времето съществуват само във художествената литература.

Използвайки геохимични прокси, данни с висока разделителна способност и химични сигнатури, запазени в карбонатни скали, образувани от морска вода, изследователите успяха да идентифицират увеличение на кислорода през средния и късния ордовикски период - и при това бързо покачване. Те цитират почти 80-процентно увеличение на нивата на кислород, където кислородът съставлява около 14 процента от атмосферата по време на Дариуилския етап (средния ордовик преди 460-465 милиона години) и се увеличава до 24 процента от атмосферата до средата на Катиан. (Късен ордовик преди 450-455 милиона години).

„Това проучване предполага, че нивата на атмосферния кислород не са достигнали и поддържат съвременни нива милиони години след камбрийската експлозия, която традиционно се разглежда като времето, когато океанската атмосфера е била наситена с кислород“, каза Едуардс. „В това изследване ние показваме, че оксигенацията на атмосферата и плиткия океан е отнела милиони години и само когато плитките морета постепенно се обогатяват с кислород, може да се осъществят основните импулси на диверсификация.

Химическите сигнатури, които служеха като заместители на разтворения неорганичен въглерод, включват данни от геоложки условия, вариращи от Големия басейн в западните Съединени щати, до северните и източните САЩ, до Канада и нейното море, както и Аржентина в Южното полукълбо и Естония в източното полукълбо. Невада, Юта, Оклахома, Мисури (Ню Лондон на север и магистрала ММ на юг от Сейнт Луис), Айова, Охайо, Западна Вирджиния и Пенсилвания бяха сред точките за данни в САЩ.

Изследователите стигнаха до заключението, че остава неясно дали повишената оксигенация има пряк ефект върху живота на животните или дори ако има пасивен ефект чрез, да речем, разширяване на богатото на кислород екопространство. Така че е трудно да се реши дали температурата, повишената оксигенация или нещо друго са послужили като двигател за биодиверсификация. Но констатациите показват, че кислородът със сигурност се е увеличил по време на някои от най-големите промени.

„Кислородът и животинският живот винаги са били свързани, но по-голямата част от фокуса е била върху това как са се появили животните“, каза Салцман, професор и директор на училището по науки за Земята в щата Охайо. "Нашата работа предполага, че кислородът може да е бил също толкова важен за разбирането как животните са станали толкова разнообразни и изобилни."


Протерозойска ера

Това е ерата на много интересни събития в историята на Земята. Имаше промени и развитие навсякъде по Земята. За разлика от другите древни епохи, протерозойската ера съдържа добри доказателства за вкаменелости, главно на археи и бактерии. Тези доказателства са доказателства, че живите организми са били в изобилие в тази ера, която е продължила от 2,5 милиарда години до преди 543 милиона години.

Наред с тези два основни живи организма съществуването на еукариотни клетки е известно и от вкаменелостите на същите. В средата на протерозойската ера има увеличение на атмосферния кислород. Въпреки че това подобрено ниво на кислород във въздуха причинява катастрофа за бактериите, това помага на еукариотните клетки да растат изобилно. Многоклетъчните водорасли са включени в тази група и накрая първите животни се появяват в края на периода на протерозойската ера.

Деление на протерозойската ера

Тази ера е разделена на 4 основни периода и всеки от тези периоди има специални характеристики, които допринасят за разбирането на протерозойската ера. Четирите раздела на протерозойската ера са Сидерианският период, Риацианският период, Орозирският период и Статерианският период.

Стратиграфия от протерозойската ера

Както беше посочено по-горе, имаше повишаване на нивото на кислород в атмосферата. Изненадващо е да се знае, че Земята беше засегната от криза със замърсяването за първи път в тази ера. Доказателства за повишено ниво на атмосферен кислород в тази ера са достатъчни като червените легла, които съдържат метални оксиди, изкопаемите почви, които съдържат железни оксиди. Според изследователите нивата на кислород са били по-ниски от сегашното ниво с 1% по времето на археите, но това ниво се е увеличило с 15% преди поне 1,8 милиарда години и все още сега нивото се повишава.

Наистина е странно и противоречиво да се определи това повишаване на кислорода като криза на замърсяването. Странно е, защото е причина за разграждането на различни органични съединения и противоречиво, защото кислородът е основното изискване на нашия живот и в същото време е причина за унищожаването на някои други форми на живот.

Дори днес кислородът се използва за унищожаване на няколко протисти и бактерии. Също така е интересно да се знае, че за да направят кислорода безвреден за тях, организмите трябваше да преминат през няколко биохимични метода като окислително дишане. Този метод има предимството да произвежда голямо количество енергия за клетки като еукариотите.

Живот през протерозойската ера

Протерозойската ера е времето на страмолитите. Тези бактерии продължават да растат обилно през протерозойската ера и са допринесли богато за разбирането на протерозойския живот. Тези бактерии са били трансформирани в вид скала, наречена строматолитна черта, където са запазени изключителните микрофосили на техните микроби.

Упадък на страмолитите

Те започнаха да намаляват преди 700 милиона години след царуването през протерозойската ера. Една обща теория гласи, че масовото им унищожаване се дължи на тревопасните еукариоти, които са еволюирали през това време и се хранят главно с тези растящи страмолити. Въпреки че сега се броят в редки вкаменелости, те могат да бъдат намерени в някои ограничени местообитания на солени и плитки води, като залива на акулите в Австралия.

Вкаменелостите от протерозойската ера също включват вид макроскопичен организъм, за който се смяташе, че съществува преди 2,1 милиарда години. Също така, от други видове вкаменелости, въглеродни филми, може да се каже, че животът в края на протерозойската ера е бил главно под формата на многоклетъчни организми.

Тези организми бяха като кръгове, листа или ленти и тъмни компресии, малки и изобилно растящи през неопротерозоя. Някои от тези организми също приличат на морски водорасли, представляващи еукариотни водорасли. Доказано е от доказателства, че зелените водорасли и водораслите реек са се появили преди приблизително 1 милиард години, което е времето на протерозойската ера.

Находища през протерозойската ера

Възможните местонахождения от протерозойската ера включват Бяло море, хребетът Nopah, Mistaken Point в Нюфаундленд, Ediacara Hills и формацията Bitter Springs. Всяко от тези места има голям принос в разбирането на живота и други характеристики на протерозойската ера.

Формация на Bitter Springs:

Известно е, че от това място на късния протерозойски доломит, което се намира в централна Австралия, се откриват вкаменелости на еукариотни клетки.
Ediacara Hills – Това място е известно като фосилно легло на някои от най-старите известни животни. Тези вкаменелости са открити през 1946 г. в това място в Австралия.

Mistaken Point, Нюфаундленд – Някои от мистериозните вкаменелости от протерозойската ера са открити от този бряг на Нюфаундленд.

Диапазон Nopah:

Този регион на Южна Калифорния е известен с най-старите седиментни скали, които датират отпреди 1,5 милиарда години. Скалите са богати на находища на строматолити.

Бяло море:

Този сайт е активен изследователски център за намиране на част от вендската фауна.

Геология от протерозойската ера

Това е и ерата на значителни геоложки промени. Именно в тази ера континентите започнаха да се разширяват, когато стабилните континенти се оттеглиха и преминаха през процесите на тектоника на плочите. Ерозията и отлагането бързо продължиха върху онези континенти, които тогава бяха лишени от растения. Започнаха бързо да се образуват дебели пластове от пясъчник от чист кварц. Също така, образуването на лентови железни легла, започнало през архейската ера, продължи през цялата протерозойска ера. Интересен факт за тези образувания е, че те се състоят от редуващи се слоеве желязо и кварц и се считат за основните източници на желязо в света. Тези видове лентовидни образувания не са се появили след протерозойската ера.


Защо увеличаването на количеството кислород в атмосферата е благоприятно за живота? - Биология

Адекватното снабдяване с разтворен кислороден газ е от съществено значение за оцеляването на водните организми. Дефицитът в тази област е признак за нездравословна река. Съществуват различни фактори, влияещи върху нивата на разтворен кислород. Атмосферата е основен източник на разтворен кислород в речната вода. Вълните и въртящата се вода смесват атмосферния кислород с речната вода. Кислородът също се произвежда от вкоренени водни растения и водорасли като продукт на фотосинтезата.

Има физически фактори, които могат да намалят количеството кислород, разтворен в Cuyahoga. Високите температури, които могат да бъдат резултат от висока мътност, от връщането на индустриално използвана вода в реката (феноменът на топлинно замърсяване) или от сухи периоди, намаляват количеството газове, които могат да бъдат разтворени във водата. Сухите периоди също намаляват потока, което намалява количеството кислород, изместен във водата.

В навигационния канал близо до устието на река Cuyahoga реката се драгира редовно, за да се поддържа достатъчна дълбочина за лодки. Тази допълнителна дълбочина забавя реката, което затруднява нейното смесително действие. Навигационният канал има особено ниски нива на разтворен кислород.

Бактериите, които разлагат растителния материал и животинските отпадъци, консумират разтворен кислород, като по този начин намаляват наличното количество за поддържане на живота. По ирония на съдбата животът под формата на растения и водорасли, които растат неконтролирано поради торове, води до масите от разлагаща се растителна материя.

Твърде много разтворен кислород също не е здравословно. Изключително високите нива на разтворен кислород обикновено са резултат от фотосинтеза от голямо количество растения. Големият неконтролиран растеж на растенията, особено цъфтежът на водорасли, често е резултат от оттичане на торове. Това явление се нарича културна еутрофикация.

Нивата на разтворен кислород в участъци от реката, в които растенията са основният принос на кислород, рязко падат през нощта, тъй като фотосинтезата спира.

В Cuyahoga нивата на разтворен кислород в едно проучване на четиринадесет места варират от 1,5 до 90 процента насищане, със средно 13,2 процента. 100 процента насищане е най-желателно.

pH на речната вода е мярката за това колко киселинна или основна е водата по скала от 0-14. Това е мярка за концентрацията на водородни йони. Естествената вода в САЩ пада между 6,5 и 8,5 по тази скала, като 7,0 е неутрално. Оптималното pH за речната вода е около 7,4. Киселинността на водата може да се увеличи от киселинния дъжд, но се поддържа под контрол от буферния варовик. Крайностите на pH могат да направят река негостоприемна за живот. Ниското pH е особено вредно за незрели риби и насекоми. Киселата вода също ускорява извличането на тежки метали, вредни за рибите.

Река Cuyahoga имаше измерено pH, вариращо от 6,0 до 8,0 в четиринадесет теста на редица места през септември 1991 г. По-ниските стойности представляват проблем за повечето организми с изключение на бактериите, които могат да оцелеят при pH до 2,0. pH от 8,0 би трябвало да е достатъчно, за да поддържа повечето речни животи, с възможно изключение на охлюви, миди и миди, които обикновено предпочитат малко по-високо pH. Средното pH в проучването е 6,9, стойност, която е достатъчно основна само за бактерии, шаран, смукалки, сом и някои насекоми.

Готови за тестване на качеството на водата

Мътност

Мътността е състоянието в резултат на суспендирани твърди вещества във водата, включително тиня, глина, промишлени отпадъци, канализация и планктон. Такива частици абсорбират топлината на слънчевата светлина, като по този начин повишават температурата на водата, което от своя страна понижава нивата на разтворения кислород. Те също така предотвратяват слънчевата светлина да достигне растенията под повърхността. Това намалява скоростта на фотосинтезата, така че растенията произвеждат по-малко кислород. Мътността може да навреди на рибите и техните ларви. Причинява се от ерозия на почвата, излишък на хранителни вещества, различни отпадъци и замърсители и действието на дънно хранещи се организми, които раздвижват седиментите във водата.

В Cuyahoga средната мътност от изследване на дванадесет места е 24,9 единици за мътност на нефелометъра (NTU), с диапазон от 60 единици. Стойност от 24,9 показва, че устройство, наречено диск Secchi, може да се види под вода до дълбочина от десет до дванадесет инча. Екстремна записана стойност от 60 NTU показва вода, която е относително чиста до дълбочина от пет инча, докато в другата крайност стойност от нула NTU съответства на вода с видимост до пет фута, което е максималната дълбочина, която може да бъде измерена с този тест за мътност.

Температура

Температурата влияе върху скоростта на метаболизма и растежа на водните организми, скоростта на фотосинтезата на растенията, разтворимостта на кислорода в речната вода и чувствителността на организмите към болести, паразити и токсични материали. При по-висока температура растенията растат и умират по-бързо, оставяйки след себе си материя, която изисква кислород за разлагане.

Температурата на Cuyahoga, както е тествана през септември 1991 г., не надвишава 20 C или 68 F и по този начин не създава климат за много болести на рибите. Често надвишава 13 C или 55 F, създавайки климатични условия за много риби, растения, нимфи ​​от насекоми и някои болести по рибите. Температурите са регистрирани под тази стойност, което намалява живота на растенията и болестите по рибите, както и показва, че водата е необитаема за сьомгата. В Cuyahoga температурата се променя радикално през пролетта и есента. В резултат на това рибите, които не са местни за региона и все още не са адаптирани за тези промени, често умират.

(Източник: Програма за мониторинг на качеството на водата на река Cuyahoga, Държавен университет в Кливланд)


Промените в земната кора накараха кислород да запълни атмосферата

Matthijs Smit от Университета на Британска Колумбия изследва древни скали от дълбоката кора в Норвегия през лятото на 2017 г. Кредит: Matthijs Smit

Учените отдавна се чудят как земната атмосфера е изпълнена с кислород. Геологът на UBC Matthijs Smit и изследователският партньор Клаус Мезгер може да са намерили отговора в континентални скали, които са на милиарди години.

„Оксигенацията чакаше да се случи“, каза Смит. "Всичко, от което можеше да се нуждаеше, беше континентите да узреят."

Ранната атмосфера и океаните на Земята са били лишени от свободен кислород, въпреки че малките цианобактерии са произвеждали газа като страничен продукт от фотосинтезата. Свободният кислород е кислород, който не се комбинира с други елементи като въглерод или азот и аеробните организми се нуждаят от него, за да живеят. Промяна настъпи преди около три милиарда години, когато в океаните започнаха да се появяват малки региони, съдържащи свободен кислород. Тогава, преди около 2,4 милиарда години, кислородът в атмосферата внезапно се е увеличил с около 10 000 пъти само за 200 милиона години. Този период, известен като Голямото окислително събитие, промени напълно химичните реакции на повърхността на Земята.

Смит, професор в катедрата по земни, океански и атмосферни науки на UBC, и колегата, професор Клаус Мезгер от университета в Берн, са наясно, че съставът на континентите също се е променил през този период. Те се заеха да намерят връзка, разглеждайки отблизо записи, описващи геохимията на шисти и магмени скали от цял ​​свят - повече от 48 000 скали, датиращи от милиарди години.

„Оказа се, че е настъпила зашеметяваща промяна в състава на континентите в същото време, когато свободният кислород започва да се натрупва в океаните“, каза Смит.

Преди оксигенацията, континентите са били съставени от скали, богати на магнезий и ниско съдържание на силициев диоксид – подобно на това, което може да се намери днес на места като Исландия и Фарьорските острови. Но по-важното е, че тези скали съдържат минерал, наречен оливин. Когато оливинът влезе в контакт с вода, той инициира химични реакции, които консумират кислород и го блокират. Вероятно това се е случило с кислорода, произведен от цианобактериите в началото на историята на Земята.

Въпреки това, тъй като континенталната кора еволюира до състав, по-подобен на днешния, оливинът на практика изчезна. Без този минерал да реагира с вода и да консумира кислород, газът най-накрая беше оставен да се натрупа. Океаните в крайна сметка станаха наситени и кислородът премина в атмосферата.

„Това наистина изглежда е било отправната точка за диверсификацията на живота, каквато я познаваме“, каза Смит. "След тази промяна Земята стана много по-обитаема и подходяща за еволюцията на сложен живот, но това се нуждаеше от някакъв задействащ механизъм и това може да сме открили."

Що се отнася до това какво е причинило промяна в състава на континентите, това е предмет на текущо проучване. Смит отбелязва, че съвременната тектоника на плочите е започнала приблизително по същото време и много учени теоретизират, че има връзка.


Произходът на кислорода в земната атмосфера

Трудно е да се запазят кислородни молекули, въпреки факта, че това е третият най-разпространен елемент във Вселената, изкован в свръхгорещото, свръхплътно ядро ​​на звездите. Това е така, защото кислородът иска да реагира, той може да образува съединения с почти всеки друг елемент в периодичната таблица. И така, как Земята се оказала с атмосфера, съставена от приблизително 21 процента от материала?

Отговорът е малки организми, известни като цианобактерии или синьо-зелени водорасли. Тези микроби провеждат фотосинтеза: използвайки слънчева светлина, вода и въглероден диоксид за производство на въглехидрати и, да, кислород. Всъщност всички растения на Земята включват симбиотични цианобактерии (известни като хлоропласти), за да извършват своята фотосинтеза за тях до ден днешен.

В продължение на няколко безброй еони преди еволюцията на тези цианобактерии, през архейския еон, по-примитивните микроби са живели по истинския старомоден начин: анаеробно. Тези древни организми и техните "екстремофилни" потомци днес са процъфтявали в отсъствието на кислород, разчитайки на сулфат за своите енергийни нужди.

Но преди около 2,45 милиарда години изотопното съотношение на сярата се трансформира, което показва, че за първи път кислородът става важен компонент на земната атмосфера, според документ от 2000 г. наука. Приблизително по същото време (и в продължение на еони след това) окислено желязо започва да се появява в древните почви и ленти от желязо се отлагат върху морското дъно, продукт на реакциите с кислорода в морската вода.

"Изглежда, че кислородът е произведен за първи път преди около 2,7 милиарда до 2,8 милиарда години. Той се е настанил в атмосферата преди около 2,45 милиарда години“, казва геохимикът Дик Холанд, гостуващ учен от Университета на Пенсилвания. "Изглежда, че има значителен интервал от време между появата на организми, произвеждащи кислород, и действителното оксигениране на атмосферата."

Така че може да се определи дата и виновник за това, което учените наричат ​​Голямото окислително събитие, но загадките остават. Какво се случи преди 2,45 милиарда години, което позволи на цианобактериите да завладеят властта? Какви бяха нивата на кислорода по това време? Защо бяха необходими още един милиард години &mdashнаречен от учените "скучният милиард"&mdash нивата на кислород да се покачат достатъчно високо, за да позволят еволюцията на животните?

Най-важното е как количеството атмосферен кислород достигна сегашното си ниво? „Не е толкова лесно защо трябва да се балансира на 21 процента, а не на 10 или 40 процента“, отбелязва геологът Джеймс Кастинг от Щатския университет на Пенсилвания. "Не разбираме толкова добре модерната система за контрол на кислорода."

Климатът, вулканизмът, тектониката на плочите са изиграли ключова роля в регулирането на нивото на кислород през различни периоди от време. И все пак никой не е измислил тест за твърда скала, за да определи точното съдържание на кислород в атмосферата в даден момент от геоложкия запис. Но едно нещо е ясно &mdash произходът на кислорода в земната атмосфера произтича от едно нещо: живота.


Помощни ръце

Има много малки неща, които можете да направите в ежедневието си, за да защитите Земята. Изображение от Оливие Бресмал.

Въпреки че климатът на Земята се променя, все още има време да помогнем. Един от начините да се помогне може да бъде намаляването на емисиите на CO2. Енергийните източници, които произвеждат парникови газове, са много важни за нашето общество, но правенето на малки промени за намаляване на количеството, което всеки използва, може да направи нещата по-добри. За да намалите енергията, която използвате, можете:

  • Изключете осветлението, когато излизате от стая.
  • Използвайте енергийно ефективни крушки
  • Изключете електрониката, която не се използва
  • Намалете използването на автомобил (използвайте обществен транспорт, велосипед или разходка)

Всяко малко може да помогне и ако достатъчно хора предприемат малки стъпки, те могат да доведат до огромен скок.


Повишаването на нивата на кислорода е свързано с древна експлозия на живота, откриват изследователите

Кислородът е осигурил глътка свеж въздух за изучаването на еволюцията на Земята преди около 400 милиона години.

Екип от изследователи, включително член на факултета и постдокторант от Вашингтонския университет в Сейнт Луис, установи, че нивата на кислород изглежда се увеличават приблизително по едно и също време с трикратно увеличение на биоразнообразието през Ордовикския период, между 445 и 485 милиона преди години, според проучване, публикувано на 20 ноември в Наука за природата.

„Тази оксигенация се поддържа от два подхода, които са предимно независими един от друг, като се използват различни набори от геохимични записи и се прогнозира същото количество оксигенация, настъпила приблизително по същото време като диверсификацията“, каза Коул Едуардс, главен изследовател на проведено проучване. когато е бил постдокторант в лабораторията при старши автор на статията, Дейвид Файк, доцент по Земята и планетарните науки в областта на изкуствата и науките. Другите автори са Матю Салцман от Държавния университет в Охайо и Дана Ройър от университета Уеслиън в Кънектикът.

"We made another link between biodiversification and oxygen levels, but this time during the Ordovician where near-modern levels of oxygen were reached about 455 million years ago," said Edwards, assistant professor in geological and environmental sciences at Appalachian State in Boone, N.C. "It should be stressed that this was probably not the only reason why diversification occurred at that time. It is likely that other changes -- such as ocean cooling, increased nutrient supply to the oceans and predation pressures -- worked together to allow animal life to diversify for millions of years."

This explosion of diversity, recognized as the Great Ordovician Biodiversification Event, brought about the rise of various marine life, tremendous change across species families and types, as well as changes to the Earth, starting at the bottom of the ocean floors. Asteroid impacts were among the many disruptions studied as the reasons for such an explosion of change. Edwards, Fike and others wanted to continue to probe the link between oxygen levels in the ocean-atmosphere and diversity levels of animals through deep time.

Estimating such oxygen levels is particularly difficult: There is no way to directly measure the composition of ancient atmospheres or oceans. Time machines exist only in fiction.

Using geochemical proxies, high-resolution data and chemical signatures preserved in carbonate rocks formed from seawater, the researchers were able to identify an oxygen increase during the Middle and Late Ordovician periods -- and a rapid rise, at that. They cite a nearly 80-percent increase in oxygen levels where oxygen constituted about 14 percent of the atmosphere during the Darriwilian Stage (Middle Ordovician 460-465 million years ago) and increased to as high as 24 percent of the atmosphere by the mid-Katian (Late Ordovician 450-455 million years ago).

"This study suggests that atmospheric oxygen levels did not reach and maintain modern levels for millions of years after the Cambrian explosion, which is traditionally viewed as the time when the ocean-atmosphere was oxygenated," Edwards said. "In this research, we show that the oxygenation of the atmosphere and shallow ocean took millions of years, and only when shallow seas became progressively oxygenated were the major pulses of diversification able to take place."

The chemical signatures that served as proxies for dissolved inorganic carbon included data from geologic settings ranging from the Great Basin in the western United States, to the northern and eastern U.S., to Canada and its Maritimes, as well as Argentina in the Southern Hemisphere and Estonia in the Eastern Hemisphere. Nevada, Utah, Oklahoma, Missouri (New London north and Highway MM south of St. Louis), Iowa, Ohio, West Virginia and Pennsylvania were among the data points across the U.S.

The researchers concluded that it remained unclear whether the increased oxygenation had a direct effect on animal life, or even if it had a passive effect by, say, expanding the oxygen-rich ecospace. So it is difficult to resolve if temperature, increased oxygenation or something else served as the driver for biodiversification. But the findings showed that oxygen certainly was spiking during the times of some of the greatest change.

"Oxygen and animal life have always been linked, but most of the focus has been on how animals came to be," said Saltzman, professor and school director of Earth Sciences at Ohio State. "Our work suggests that oxygen may have been just as important in understanding how animals came to be so diverse and abundant."


Pressure in the atmosphere

Figure 4: The graph on the left shows how pressure changes with altitude in Earth's atmosphere. The mountain profile shown in the lower left represents Mt. Everest, the point of highest elevation on Earth's surface. The image on the right is a representation of the density of gas molecules in the atmosphere, with the layers of the atmosphere labeled.

Atmospheric pressure can be imagined as the weight of the overlying column of air. Unlike temperature, pressure decreases exponentially with altitude. Traces of the atmosphere can be detected as far as 500 km above Earth's surface, but 80 percent of the atmosphere's mass is contained within the 18 km closest to the surface. Atmospheric pressure is generally measured in millibars (mb) this unit of measurement is equivalent to 1 gram per centimeter squared (1 g/cm 2 ). Other units are occasionally used, such as bars, atmospheres, or millimeters of mercury. The correspondence between these units is shown in the table below.

Таблица 3: Correspondence of atmospheric measurement units.

At sea level, pressure ranges from about 960 to 1,050 mb, with an average of 1,013 mb. At the top of Mt. Everest, pressure is as low as 300 mb. Because gas pressure is related to density, this low pressure means that there are approximately one-third as many gas molecules inhaled per breath on top of Mt. Everest as at sea level – which is why climbers experience ever more severe shortness of breath the higher they go, as less oxygen is inhaled with every breath.

Though other planets host atmospheres, the presence of free oxygen and water vapor makes our atmosphere unique as far as we know. These components both encouraged and protected life on Earth as it developed, not only by providing oxygen for respiration, but by shielding organisms from harmful UV rays and by incinerating small meteors before they hit the surface. Additionally, the composition and structure of this unique resource are important keys to understanding circulation in the atmosphere, biogeochemical cycling of nutrients, short-term local weather patterns, and long-term global climate changes.

Резюме

Earth's atmosphere contains many components that can be measured in different ways. This module describes these different components and shows how temperature and pressure change with altitude. The scientific developments that led to an understanding of these concepts are discussed.

Ключови понятия

Earth's atmosphere is made up of a combination of gases. The major components of nitrogen, oxygen, and argon remain constant over time and space, while trace components like CO2 and water vapor vary considerably over both space and time.

The atmosphere is divided into the thermosphere, mesosphere, stratosphere, and troposphere, and the boundaries between these layers are defined by changes in temperature gradients.

Pressure decreases exponentially with altitude in the atmosphere.

Our knowledge about the atmosphere has developed based on data from a variety of sources, including direct measurements from balloons and aircraft as well as remote measurements from satellites.


Гледай видеото: Təbiətdəki möhtəşəmlik. Allahın yaratması (Август 2022).