Oksigen fəlakəti

Oksigen fəlakəti və ya Oksigen böhranı — Paleoproterozoy dövründə, 2.4 milyard il əvvəldən 2.1–2.0 milyard il əvvələ qədər Yer atmosferində və ilkin okeandakı oksigenin birdən-birə artdığı dövrdür. Geoloji, izotopik və kimyəvi dəlillər molekulyar oksigenin (O²) Yer atmosferində toplanmağa başladığını və nəticədə bunun Yer kürəsindəki demək olar ki, bütün canlıların məhv olmasına səbəb olduğunu göstərir. Oksigen istehsal edən sianobakteriyalar, çoxhüceyrəli həyat formalarının sonrakı inkişafına imkan verdi.

O^{[ölü keçid]}₂-nin Yer atmosferində yayılması. Yaşıl rəng aşağı oksigen səviyyəsini, qırmızı isə yuxarı səviyyəni göstərir. 1.Mərhələ (3.85–2.45 milyard i.ə.): Atmosferdə praktik olaraq O₂ yoxdur. 2.Mərhələ (2.45–1.85 milyard i.ə.): O₂ hasil edildi, 0.02 və 0.04 atmosfer dəyərinə qədər yüksəldi, lakin okeanlarla uduldu. 3.Mərhələ (1.85–0.85 milyard i.ə.): O₂ bu dəfə quru səthi tərəfindən udulur. Oksigen səviyyəsində əhəmiyyətli bir dəyişiklik yoxdur. 4 və 5.Mərhələ (0,85 milyard i.ə-bu gün): Qaz atmosferdə toplanır.

Oksigen səviyyəsinin artması

Həyatın xronologiyası

Şablon:

• redaktə

-4500 —

–

-4000 —

–

-3500 —

–

-3000 —

–

-2500 —

–

-2000 —

–

-1500 —

–

-1000 —

–

-500 —

–

0 —

su

İbtidai həyat

İlkin fotosintez

Nüvəlilər

Çoxhüceyrəli orqanizmlər

Buğumayaqlılar   Molyusk

Bitkilər

Dinozavrlar 

Məməlilər

Çiçəklər

Quşlar

Primatlar

 

 

 

 

 

←

Yer (−4540)

←

Suyun mənşəyi

←

Erkən həyat

←

Ay fəlakəti

←

Erkən oksigen

←

Atmosferik oksigen

←

Oksigen fəlakəti

←

Erkən bitkilər

←

Erkən heyvanlar

←

Kembri partlayışı

←

Dördayaqlılar

←

Antropomorfidlər

F
a
n
e
r
o
z
o
y

P
r
o
t
e
r
o
z
o
y

A
r
x
e
y

K
a
t
a
r
x
e
y

(Milyon il əvvəl)

Oksigen fəlakətinə gətirən xronologiya sərbəst oksigenin əvvəlcə prokariot, sonra isə okeandakı eukariot orqanizmlər tərəfindən istehsal olunduğunu göstərir. Bu orqanizmlər fotosintezi daha səmərəli şəkildə həyata keçirir, tullantı məhsulu olaraq oksigen istehsal edirdilər. İlk oksigen istehsal edən sianobakteriyalar hadisədən əvvəl, 2.7–2.4 milyon il, bəlkə də daha əvvəl yaranmış ola bilər deyə düşünülür. Bununla birlikdə, oksigenli fotosintez səthi mühitdə oksigen yığılmasına imkan yaratmaq üçün oksigendən ayrılmalı olan üzvi karbon istehsal edir, əks halda oksigen üzvi karbonla reaksiyaya girir və yığılmırdı. Üzvi karbonun, sulfidin və tərkibində qara dəmir (Fe²⁺) olan mineralların

çöküntüsü oksigen yığılmasında əsas amildir. Məsələn, üzvi karbon oksidləşmədən məhv olarsa oksigen atmosferdə qalır. Ümumilikdə, üzvi karbon və piritin çürüməsi bu gün ildə 15.8 ± 3.3 T mol (1 T mol 10¹² mol) oksigen deməkdir. Bu, qlobal oksigen mənbələrindən O₂ axını yaradır.

Oksigenin dəyişmə sürətini qlobal dəyərlərlə artım arasındakı fərqdən hesablamaq olar. Oksigen mənbəyinə vulkanlardan azalmış qazlar və minerallar, və havalar daxildir. Oksigen fəlakəti oksigen axının digər reduksiyadeici qaz axınlarını üstələməsi ilə başladı.

Okeanlardakı həll olmuş dəmir O₂ mənbələrinə nümunə ola bilər. Bu müddət ərzində sərbəst oksigen dəmirin (${\displaystyle {\ce {Fe}}}$ və ${\displaystyle {\ce {Fe^2+}}}$) suda həll olunmayan maqnetitə (${\displaystyle {\ce {Fe^2+Fe2^3+O4}}}$) çevirilməsi ilə istehsal edilirdi və qalıq Qərbi Avstraliyada tapılanlar kimi dəmir birləşmələrindən zolaq yaratmaq üçün dayaz dənizlərin dibinə batırdı. Bu proses 50 milyon il və ya daha uzun çəkirdi. Fotosintez dərəcəsi və üzvi çürümə dərəcəsi də oksigenin yığılma sürətinə təsir göstərir. Quru bitkiləri Devon dövründə qitələrə yayıldıqda daha çox üzvi karbon çürüntüsü əməmlə gəldi və ehtimal ki, daha yüksək O₂ səviyyəsinin meydana gəlməsinə icazə verildi. Bu gün bir O₂ molekulunun istehlak edilməmişdən əvvəl havada keçirdiyi orta vaxt təxminən 2 milyon ildir. Yaşayış müddəti geoloji zamana nisbətən daha qısadır — buna görə də Fanerozoyda atmosferdəki O₂ səviyyəsini heyvan həyatı üçün uyğun olan hüdudlarda qala bilmədi. Nəticədə atmosferdə oksigen yığılmağa başlandı və bunun iki böyük nəticəsi oldu:

• Birincisi, oksigen atmosferdəki metanı (güclü istixana qazı) karbon qazına (daha zəif) və suya qədər oksidləşdirdi. Bu, Yer atmosferinin istixana effektini zəiflətdi və planetin soyumasına səbəb oldu. Nəticədə yer kürəsində buz dövrünün hakim olduğu 2.45–2.22 milyard il əvvəldən sonra Yer yenidən soyudu. Cənubi Afrikada 2,22 milyard il əvvəl dördüncü bir buzlanma baş verdi. Geoloji dəlillər bəzi ərazilərdə buzun dəniz səviyyəsinə çatdığını və Cənubi Afrika hadisəsinin aşağı enliklərdə baş verdiyini irəli sürdü.
• İkincisi, artan oksigen konsentrasiyası bioloji şaxələnmə üçün yeni bir fürsət, habelə süxurlar, qum, gil və digər geoloji substratlarla Yerin havası, okeanlar və digər səth suları arasındakı kimyəvi təsirlərin təbiətindəki möhtəşəm dəyişiklikləri təmin etdi. Təbii üzvi maddələrin təkrar emalına baxmayaraq, oksigenin geniş yayılmasına qədər həyat enerjidən məhdud idi. Məsələn, mitoxondri Oksigen fəlakətindən sonra inkişaf etdi, orqanizmlərə getdikcə daha mürəkkəb ekosistemlərdə qarşılıqlı təsir göstərən yeni, daha mürəkkəb bir morfoloji istifadə üçün enerji verdi. Baxmayaraq ki, bu dəyişikliklər gec Proterozoy və Kembriyə qədər görünmədi.

Fərziyyələr

Bu hadisəni izah etmək üçün bir neçə fərziyyə təklif edilimişdir:

Artan axın

Bəzi insanlar Oksigen böhranının oksigen mənbəyinin artması səbəbindən olduğunu düşünürlər. Fərziyələrdən birinə görə hadisən fotosintezin bir-başa nəticəsidir. Buna baxmayaraq əksər elm adamları oksigenin uzunmüddətli artmasının hadisəyə daha çox səbəb ola biləcəyini düşünürlər.

Digər mənbələrin azalması

Artan axın fərziyyəsindən fərqli olaraq, Oksigen fəlakətini izah etmək üçün digər elementlərin azalmasını istifadə etməyə çalışan bir neçə fərziyyə də mövcuddur. Fərziyyələrdən biri təklif edir ki, vulkanik qazların tərkibi daha çox oksidləşmişdir. Digər bir fərziyyə təklif edir ki, metamorfik qazların azalması böhranın əsas səbəbidir. Metamorfik proseslər zamanı yaranan hidrogen və metan da zamanla Yer atmosferindən itirilir və qabığını oksidləşdirir.Hidrogenin Yerdən kosmosa axması Yer kürəsini oksidləşdirmiş ola bilər, çünki hidrogen itkisi prosesi oksidləşmə prosesinə əsaslanır.

Nikel qıtlığı

Erkən orqanizmlər, ehtimal ki, metan istehsal edirdi və bu hadisənin səbəbi ola bilərdi. Çünki metan Ultrabənövşəyi şüaların iştirakı ilə karbon qazı (CO ₂) və suya parçalanır. Müasir metanogenlər (metan istehsal edən orqanizmlər) istehsal üçün nikel tələb edir. Yer qabığı soyuduqca və vulkanik nikel tədarükü azaldıqca, oksigen istehsal edən yosunlar metan istehsalçılarını təsirsiz hala gətirdi və atmosferin oksigen nisbəti durmadan artdı. 2.7–2.4 milyon il əvvəllər arasında nikelin çökmə sürəti sabit bir şəkildə bugünkü səviyyəsindən 400 dəfə aşağı düşdü.

Mineraların müxtəlifliyində rolu

Böyük Oksige hadisəsi mineralların müxtəlifliyində partlayıcı bir böyüməyə səbəb oldu, bir çox element Yer səthinə yaxın bir və ya daha çox oksidləşmiş formada meydana gəldi. Bu gün Yer kürəsində tapılan 4500 növ mineraldan 2500-nin Oksigen böhranı nəticəsində yarandığı təxmin edilir. Bu yeni mineralların əksəriyyəti hərəkəti və yer qabığındakı proseslər nəticəsində nəmlənmiş və oksidləşmiş formalar şəklində tapılır.

Sianobakteriyaların təkamülündə rolu

Antarktida, Friksel gölündə aparılan bir tədqiqat işində, tədqiqatçılar, oksigen istehsal edən sianobakteriyaların qalın buzlar altında, başqa bir oksigensiz mühitdə bir-iki millimetr qalınlığında maye oksigen olan nazik bir təbəqə yarada biləcəyini müəyyən etdilər. Beləliklə, oksigen atmosferdə toplanmağa başlamazdan əvvəl, bu orqanizmlər, ehtimal ki, oksigenə uyğunlaşa bilmiş ola bilərdilər. Nəticədə oksigen istehlak edən orqanizmlərin təkamülü oksigenin mövcudluğunda tarazlıq yaratdı. Sərbəst oksigen indiyədək atmosferin vacib bir tərkib hissəsidir.

Eukariotların mənşəyi

Qədim mikroaləmdə sianobakteriaların fotosintezi səbəbiylə oksigen səviyyəsindəki artımın ətrafdakı biota üçün çox zəhərli olduğu və bu dəyişimin arxey nəslinin təkamül çevrilməsi nəticəsində eukariotların yaranmasına gətirib çıxardığı düşünülür. Bu əcdadlar artıq ctüləşmiş DNT-yə və bəlkə də bir növ hüceyrə mexanizmə sahib olmuş ola bilərlər. Beləliklə, eukaryotik cinsin təkamülü və eukaryogenez, ehtimal ki, DNT-nin inkişafında ayrılmaz proseslər idi.

İstinadlar

1. Lyons, Timothy W.; Reinhard, Christopher T.; Planavsky, Noah J. "The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere". Nature. 506 (7488). February 2014: 307–315. Bibcode:2014Natur.506..307L. doi:10.1038/nature13068. ISSN 0028-0836. PMID 24553238.
2. Sosa Torres, Martha E.; Saucedo-Vázquez, Juan P.; Kroneck, Peter M.H. Chapter 1, Section 2: The rise of dioxygen in the atmosphere // Kroneck, Peter M.H.; Sosa Torres, Martha E. (redaktorlar ). Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences. 15. Springer. 2015. 1–12. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_1. ISBN . PMID 25707464.
3. Hodgskiss, Malcolm S.W.; Crockford, Peter W.; Peng, Yongbo; Wing, Boswell A.; Horner, Tristan J. "A productivity collapse to end Earth's Great Oxidation". PNAS. 116 (35). 27 avqust 2019: 17207–17212. doi:10.1073/pnas.1900325116. PMC 6717284. PMID 31405980.
4. University of Zurich. "Great Oxidation Event: More oxygen through multicellularity". ScienceDaily. 17 January 2013. 19 March 2021 tarixində . İstifadə tarixi: 27 August 2019.
5. . Astrobiology Magazine. 23 sentyabr 2015 tarixində orijinalından arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 6 aprel 2016.
6. "Researchers discover when and where oxygen began its rise". Science News. University of Waterloo. 2019-04-24 tarixində . İstifadə tarixi: 2020-04-21.
7. Dutkiewicz, A.; Volk, H.; George, S.C.; Ridley, J.; Buick, R. "Biomarkers from Huronian oil-bearing fluid inclusions: An uncontaminated record of life before the Great Oxidation Event". Geology. 34 (6). 2006: 437. Bibcode:2006Geo....34..437D. doi:10.1130/G22360.1.
8. Caredona, Tanai. "Early Archean origin of heterodimeric Photosystem I". . 4 (3). 6 March 2018: e00548. doi:10.1016/j.heliyon.2018.e00548. PMC 5857716. PMID 29560463.
9. Howard, Victoria. . . 7 March 2018. 23 February 2021 tarixində orijinalından arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 23 March 2018.
10. Holland, Heinrich D. "Volcanic gases, black smokers, and the great oxidation event". Geochimica et Cosmochimica Acta. 66 (21). November 2002: 3811–3826. Bibcode:2002GeCoA..66.3811H. doi:10.1016/s0016-7037(02)00950-x. ISSN 0016-7037.
11. Catling, David C.; Kasting, James F. Atmospheric Evolution on Inhabited and Lifeless Worlds. Cambridge: Cambridge University Press. 2017. doi:10.1017/9781139020558. ISBN .
12. University of Zurich. "Great Oxidation Event: More oxygen through multicellularity". ScienceDaily. 17 January 2013. 19 March 2021 tarixində . İstifadə tarixi: 21 April 2020.
13. Anbar, A.; Duan, Y.; Lyons, T.; Arnold, G.; Kendall, B.; Creaser, R.; Kaufman, A.; Gordon, G.; Scott, C.; Garvin, J.; Buick, R. "A whiff of oxygen before the great oxidation event?". Science. 317 (5846). 2007: 1903–1906. Bibcode:2007Sci...317.1903A. doi:10.1126/science.1140325. PMID 17901330.
14. Dahl, T.W.; Hammarlund, E.U.; Anbar, A.D.; Bond, D.P.G.; Gill, B.C.; Gordon, G.W.; Knoll, A.H.; Nielsen, A.T.; Schovsbo, N.H. "Devonian rise in atmospheric oxygen correlated to the radiations of terrestrial plants and large predatory fish". Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (42). 30 sentyabr 2010: 17911–17915. Bibcode:2010PNAS..10717911D. doi:10.1073/pnas.1011287107. ISSN 0027-8424. PMC 2964239. PMID 20884852.
15. Catling, David C.; Claire, Mark W. "How Earth's atmosphere evolved to an oxic state: A status report". Earth and Planetary Science Letters. 237 (1–2). August 2005: 1–20. Bibcode:2005E&PSL.237....1C. doi:10.1016/j.epsl.2005.06.013. ISSN 0012-821X.
16. Bekker, Andrey. Huronian Glaciation // Amils, Ricardo; Gargaud, Muriel; Cernicharo Quintanilla, José; Cleaves, Henderson James (redaktorlar ). Encyclopedia of Astrobiology. Springer Berlin Heidelberg. 2014. 1–8. doi:10.1007/978-3-642-27833-4_742-4. ISBN .
17. Kopp, Robert E.; Kirschvink, Joseph L.; Hilburn, Isaac A.; Nash, Cody Z. . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (32). 2005: 11131–11136. Bibcode:2005PNAS..10211131K. doi:10.1073/pnas.0504878102. PMC 1183582. PMID 16061801. 2008-01-08 tarixində orijinalından arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2020-04-25.
18. Lane, Nick. "First breath: Earth's billion-year struggle for oxygen". New Scientist. No. 2746. 5 February 2010. 30 May 2020 tarixində . İstifadə tarixi: 25 April 2020.
19. Evans, D.A.; Beukes, N.J.; Kirschvink, J.L. "Low-latitude glaciation in the Palaeoproterozoic era". Nature. 386 (6622). March 1997: 262–266. Bibcode:1997Natur.386..262E. doi:10.1038/386262a0. ISSN 0028-0836.
20. Sperling, Erik; Frieder, Christina; Raman, Akkur; Girguis, Peter; Levin, Lisa; Knoll, Andrew. "Oxygen, ecology, and the Cambrian radiation of animals". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (33). Aug 2013: 13446–13451. Bibcode:2013PNAS..11013446S. doi:10.1073/pnas.1312778110. PMC 3746845. PMID 23898193.
21. Kirschvink, Joseph L.; Kopp, Robert E. "Palaeoproterozoic ice houses and the evolution of oxygen-mediating enzymes: the case for a late origin of photosystem II". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 363 (1504). 2008-08-27: 2755–2765. doi:10.1098/rstb.2008.0024. ISSN 0962-8436. PMC 2606766. PMID 18487128.
22. Catling, D.C. "Biogenic Methane, Hydrogen Escape, and the Irreversible Oxidation of Early Earth". Science. 293 (5531). 2001-08-03: 839–843. Bibcode:2001Sci...293..839C. doi:10.1126/science.1061976. PMID 11486082.
23. "Breathing Easy Thanks to the Great Oxidation Event". Scientific American. 27 iyun 2019 tarixində . İstifadə tarixi: 6 aprel 2016.
24. Konhauser, Kurt O.; və b. "Oceanic nickel depletion and a methanogen famine before the Great Oxidation Event". Nature. 458 (7239). 2009: 750–753. Bibcode:2009Natur.458..750K. doi:10.1038/nature07858. PMID 19360085.
25. Sverjensky, Dimitri A.; Lee, Namhey. "The Great Oxidation Event and Mineral Diversification". Elements. 6 (1). 1 fevral 2010: 31–36. doi:10.2113/gselements.6.1.31. ISSN 1811-5209.
26. "Evolution of Minerals". Scientific American. March 2010. 2010-12-26 tarixində . İstifadə tarixi: 2020-04-25.
27. Doran, Peter T.; Jungblut, Anne D.; Mackey, Tyler J.; Hawes, Ian; Sumner, Dawn Y. "Antarctic microbial mats: A modern analog for Archean lacustrine oxygen oases". Geology. 43 (10). 1 oktyabr 2015: 887–890. Bibcode:2015Geo....43..887S. doi:10.1130/G36966.1. ISSN 0091-7613. 21 iyun 2020 tarixində . İstifadə tarixi: 21 aprel 2020.
28. "Oxygen oasis in Antarctic lake reflects Earth in distant past". ScienceDaily.com. Sep 2015. 2018-07-15 tarixində . İstifadə tarixi: 2020-04-21.