27.06.2012 в 11:15
Пишет Atandakil:Парадокс или опять же об инстинктах
Мы регулярно слышим фразу о том, что, раз кислород производится растениями, то наличию кислорода в воздухе мы обязаны растениям.
URL записиМы регулярно слышим фразу о том, что, раз кислород производится растениями, то наличию кислорода в воздухе мы обязаны растениям.
Инстинктивно это кажется очевидным. Но, как сказано ранее, инстинкты - это то, что помогало нашим предкам выжить в саванне, а не то, что помогает нам анализировать научные факты. Поэтому подумаем.
Содержание кислорода в воздухе, слова Богу, постоянно. И постоянным оно является по одной простой причине - сколько его производится, столько его и потребляется.
Производится кислород на Земле, как известно, в ходе биологических процессов. Как его некогда, в конце архея, фотосинтезирующие организмы произвели в достаточном количестве, попутно обрушив климат (гуронское оледенение, длившееся триста миллионов лет) и чуть не уничтожив жизнь на земле (кислородная катастрофа сидерийского периода) - так до сих пор производят. А потребляют его, поддерживая равновесное состояние атмосферы, уйма живых существ, а также небиологические и не очень биологические процессы (окисление, горение, гниение и проч.). При этом значительная часть потребления кислорода происходит с участием органики, которая дышит, окисляется и перегнивет, и при этом связывает кислород.
Если растения произведут больше кислорода - немедленно народится больше потребителей. Если меньше - и потребителей поубавится, и производителей увеличится. Таким образом, для любого момента времени равновесие, обеспечивающее постоянство содержания кислорода, в биоте поддерживается весьма устойчиво. И любая сбалансированная экосистема, в том числе, тот самый лес, который у нас называют легкими планеты, производит кислорода столько же, сколько потребляет.
А вот теперь стоит задуматься. Какой процесс может вызвать рост содержания кислорода в атмосфере? Увеличение количества растений? А вот и нет - как ни парадоксально, итогом будет лишь рост количества умерших растений (они, увы, не вечны), гниение которых успешно свяжет дополнительный кислород в несколько стадий до углекислого газа и воды. А для увеличения содержания кислорода нужно не увеличивать его производство, а уменьшить потребление - причем вовсе не обязательно экстремальным способом уменьшения тех, кто им дышит; для этого достаточно выводить из процесса окисления (гниения) органику. Так что легкими планеты, способствующими росту содержания кислорода в атмосфере, являются отнюдь не леса, а болота, в которых миллиарды тонн органики захораниваются без доступа воздуха и выводятся из процесса окисления.
А отсюда - вывод. Если в какое-то время по тем или иным причинам значительная часть органических осадков выводилась из оборота без доступа воздуха, именно в это время на Земле должен был отмечаться рост содержания кислорода в атмосфере.
Небольшая иллюстрация. По геологическим данным, в поздний тонийский период, начиная с девятисот миллионов лет назад, отмечается существенный рост захоронения морских органических осадков, достигший беспрецедентно высокого уровня. Считается, что он был вызван быстрым ростом численности первых эукариот, начавшимся в стенийском периоде (1,2 миллиарда лет назад) В тем времена, как, впрочем, часто происходит и сейчас, погибший планктон опускался на дно океана, а содержание кислорода в глубоких водах и сейчас не слишком велико, а в те времена было нулевым. Таким образом, погибавший планктон выводился из кислородного кругооборота. Как только этот процесс достиг максимума - результат оказался налицо. 850 миллионов лет назад начался криогений - период тотального оледенения поверхности Земли, обусловленного ростом содержания кислорода, падением содержания углекислого газа и, соответственно, резким снижением парникового эффекта (то есть, примерно, теми же причинами, что и гуронское оледенение 2,4 миллиарда лет назад, сопровождавшее кислородную катастрофу, только в те времена из атмосферы вытеснялся не углекислый газ, а метан).
Каким ни парадоксальным это покажется с инстинктивной точки зрения, тотальное оледенение криогения должно было оказать один положительный эффект для жизни. Дело в том, что миграция кислорода в глубинные слои воды в теплом океане почти невозможна - верхние слои воды, насыщенные кислородом в результате деятельности фотосинтезирующего планктона, почти не смешиваются с глубинными слоями, находящимися в вечном мраке, а следовательно, для фитопланктона неподходящими. В результате в глубине океана тех времен кислорода почти не было (что и способствовало, как сказано выше, его накоплению в атмосфере). При оледенении же холодная вода с поверхности, обогащенная кислородом, опускается в нижние слои океана, так что в течение всего криогения происходил процесс насыщения кислородом всего объема мирового океана.
А следствием этого процесса явилось увеличение количества и разнообразия живых существ, которые в те времена жили только в воде. И результат оказался очевиден - как только процесс насыщения океана кислородом перешел критический рубеж, достаточно быстро произошел бурный, доселе невиданный рост количества и биологического разнообразия эукариот, в первую очередь, их многоклеточных форм - начался эдиакарский период, характеризующийся уникальной фауной. alef0.diary.ru/p160200044.htm
Жизнь на Земле стала качественно иной - теперь в ней доминировали многоклеточные животные.
И вот тут обнаружилась еще одна проблема. Быстрый рост численности эдиакарской биоты в условиях насыщения атмосферы и океана кислородом спровоцировал очередной кризис - вначале потепление из-за роста содержания углекислого газа, которое (возможно, совместно с геологическими причинами) к началу эдиакарского периода привело к прекращению оледенения, а потом - к падению содержания кислорода, вызвавшему эдиакарское вымирание. Эдиакарская фауна вымерла бесследно, существовавшие миллиарды лет бактериальные маты претерпели тяжелый упадок...
А потом произошел парадокс. Уцелевшие и во многом пока неизвестные животные обзавелись к этому времени скелетом - некоторые внутренним, большинство - внешним. Они не думали о том, чтобы сохранить этим Жизнь На Земле - задачи у них были куда более ограниченными: сохранить собственную жизнь в условиях появления в позднем эдиакарии хищников - но наличие скелета у животных оказалось полезным по одной забавной причине - на его строительство уходит достаточно много углерода, который выводится из процесса окисления...
В результате после гибели эдиакарской фауны содержание кислорода начало восстанавливаться, обеспечивая возможность быстрого развития животного мира - но это развитие теперь не сопровождалось нарушением кислородного равновесия из-за заметно меньшего расхода кислорода на окисление углерода. Наступил кембрийский взрыв, в ходе которого за несколько миллионов лет появились и расплодились все знакомые нам типы многоклеточных животных...