Кислородная катастрофа (кислородная революция) — коренное изменение окружающей среды, случившейся примерно 2400000000 лет назад во время сидерийського периода в начале протерозойской эры.

Примерно 2700000000 лет назад атмосфера Земли состояла в основном из углекислого газа (около 90%). С появлением живых организмов, которые начали применять фотосинтез, поглощая углекислый газ и производя кислород, состав атмосферы претерпел кардинальные изменения. В современную геологическую эру содержание углекислого газа в атмосфере составляет около 0,03%. Соответственно, значительно снизился атмосферное давление. Это привело к экологической катастрофе, так как кислород ядовит для анаэробных организмов, доминировавших в то время. Изменение состава атмосферы привела к массовому вымиранию видов. Анаэробные бактерии уцелели только глубоко под водой и на земле, где доступ кислорода ограничен. Однако эта экологическая катастрофа создала предпосылки для развития энергетически выгодного кислородного метаболизма живых организмов и расцвета жизни в последующие эпохи.

Геологическая история

Заметное количество кислорода в атмосфере появилась около 2200000000 лет назад.

Содержание свободного кислорода в атмосфере, который составляет тысячную долю современного (точка Юри), было достигнуто около 1200000000. Лет назад. Это обусловило возможность появления организмов, использующих кислород для дыхания, в частности, около миллиарда лет назад появились первые животные.

С биологической точки зрения критическим уровнем содержания кислорода является 0,2% (т.н. точка Пастера, около одной сотой доли современного содержания кислорода), когда процессы окисления становятся для живых организмов энергетически более выгодным, чем анаэробное дыхание. Считается, что точки Пастера было достигнуто около 600 млн лет назад, что привело к массовому распространению животных в начале фанерозоя.

Около 400 млн лет назад, когда концентрация кислорода в атмосфере составляла около 10% современной, образовался озоновый экран, после чего содержание кислорода в атмосфере очень быстро достиг современного уровня.

Задержка

Между возникновением фотосинтеза и кислородной катастрофой была задержка в 300 млн лет.

Одно из предложенных объяснений задержки — тектонические изменения, которые привели к появлению морских шельфов, на которых органический углерод мог откладываться в виде осадка. Кроме того, произведенный кислород связывался с ионами железа, которыми в то время был богат океан, образуя залежи железной руды. Однако эти механизмы не могут полностью объяснить природу задержки.

В 2006 году появилась новая гипотеза. Способны к фотосинтезу организмы также производят метан. Метан легко окисляется под действием ультрафиолетового облучения, связывая таким образом освобожденный кислород. Математическое моделирование атмосферы показало, что ей присуща бистабильность — могут существовать два разных равновесные состояния, в одном из которых содержание кислорода составляет 0,2%, а в другом — более 21%. К бистабильности приводит то обстоятельство, что в атмосфере с высоким содержанием кислорода возникает озоновый слой, который обладает способностью экранировать ультрафиолетовое излучение.

Изображения по теме

  • Кислородная катастрофа