Il nostro pianeta è un sistema complesso che si è sviluppato dinamicamente per oltre 4,5 miliardi di anni. Tutti i componenti di questo sistema (il corpo solido della Terra, l'idrosfera, l'atmosfera, la biosfera), interagendo tra loro, cambiavano continuamente in una relazione complessa, a volte non ovvia. La Terra moderna è un risultato intermedio di questa lunga evoluzione.
Uno dei componenti più importanti del sistema che è la Terra: l'atmosfera, che è a diretto contatto con la litosfera, con il guscio d'acqua, con la biosfera e con la radiazione solare. In alcune fasi dello sviluppo del nostro pianeta, l'atmosfera ha subito cambiamenti molto significativi con conseguenze di vasta portata. Uno di questi cambiamenti globali è chiamato la catastrofe dell'ossigeno. Il significato di questo evento nella storia della Terra è eccezionalmente grande. Dopotutto, era con lui che era connesso l'ulteriore sviluppo della vita sul pianeta.
Cos'è una catastrofe di ossigeno
Il termine sorse all'inizio della seconda metà del XX secolo, quando, sulla base dello studio dei processi di sedimentazione precambriana,conclusione sul brusco aumento del contenuto di ossigeno fino all'1% della sua quantità attuale (punti Pasteur). Di conseguenza, l'atmosfera ha assunto un carattere costantemente ossidante. Questo, a sua volta, ha portato allo sviluppo di forme di vita che utilizzano una respirazione dell'ossigeno molto più efficiente invece della fermentazione enzimatica (glicolisi).
La ricerca moderna ha apportato miglioramenti significativi alla teoria precedentemente esistente, dimostrando che il contenuto di ossigeno sulla Terra sia prima che dopo il confine archeano-proterozoico ha fluttuato in modo significativo e in generale la storia dell'atmosfera è molto più complicata di prima pensato.
Atmosfera antica e attività della vita primitiva
La composizione primaria dell'atmosfera non può essere stabilita con assoluta precisione, ed era improbabile che fosse costante in quell'epoca, ma è chiaro che si basava sui gas vulcanici e sui prodotti della loro interazione con le rocce della superficie terrestre. È significativo che tra loro non possa esserci ossigeno: non è un prodotto vulcanico. L'atmosfera iniziale era così rigenerante. Quasi tutto l'ossigeno atmosferico è di origine biogenica.
Le condizioni geochimiche e di insolazione hanno probabilmente contribuito alla formazione di stuoie - comunità stratificate di organismi procarioti, e alcuni di loro potrebbero già effettuare la fotosintesi (prima anossigenica, ad esempio, a base di acido solfidrico). Molto presto, a quanto pare già nella prima metà dell'Archeano, i cianobatteri padroneggiarono la fotosintesi dell'ossigeno ad alta energia,che divenne il colpevole del processo, che ricevette il nome della catastrofe dell'ossigeno sulla Terra.
Acqua, atmosfera e ossigeno nell'Archeano
Va ricordato che il paesaggio primitivo si distingueva principalmente per il fatto che non è lecito parlare di un confine stabile terra-mare per quell'epoca a causa dell'erosione intensiva del suolo dovuta all'assenza di piante. Sarebbe più corretto immaginare vaste aree spesso allagate da una costa altamente instabile, tali erano le condizioni per l'esistenza di stuoie cianobatteriche.
L'ossigeno rilasciato da loro - prodotti di scarto - è entrato nell'oceano e negli strati inferiori e poi superiori dell'atmosfera terrestre. Nell'acqua, ha ossidato i metalli disciolti, principalmente il ferro, nell'atmosfera, i gas che ne facevano parte. Inoltre, è stato speso per l'ossidazione della materia organica. Non si è verificato alcun accumulo di ossigeno, si sono verificati solo aumenti locali della sua concentrazione.
Lunga formazione di un'atmosfera ossidante
Attualmente, il picco di ossigeno alla fine dell'Archeano è associato ai cambiamenti del regime tettonico terrestre (formazione della vera crosta continentale e formazione della tettonica a zolle) e al cambiamento nella natura dell'attività vulcanica causata da loro. Ha provocato una diminuzione dell'effetto serra e una lunga glaciazione degli Uroni, che è durata da 2,1 a 2,4 miliardi di anni. È anche noto che il s alto (circa 2 miliardi di anni fa) è stato seguito da un calo del contenuto di ossigeno, le cui ragioni non sono ancora chiare.
Durante quasi tutto il Proterozoico, fino a 800 milioni di anni fa, la concentrazione di ossigeno nell'atmosfera ha oscillato, rimanendo però mediamente molto bassa, sebbene già superiore a quella dell'Archeano. Si presume che una composizione così instabile dell'atmosfera sia associata non solo all'attività biologica, ma anche in larga misura ai fenomeni tettonici e al regime del vulcanismo. Possiamo dire che la catastrofe dell'ossigeno nella storia della Terra si è protratta per quasi 2 miliardi di anni: non è stato tanto un evento quanto un lungo processo complesso.
Vita e ossigeno
La comparsa di ossigeno libero nell'oceano e nell'atmosfera come sottoprodotto della fotosintesi ha portato allo sviluppo di organismi aerobici in grado di assimilare e utilizzare questo gas tossico nella vita. Questo spiega in parte il fatto che l'ossigeno non si accumulava per un periodo così lungo: le forme di vita apparivano piuttosto rapidamente per utilizzarlo.
L'esplosione di ossigeno al confine Archeano-Proterozoico è correlata al cosiddetto evento Lomagundi-Yatulian, un'anomalia isotopica del carbonio che ha attraversato il ciclo organico. È possibile che questa ondata abbia portato all'ascesa della vita aerobica precoce, come esemplificato dal biota di Francville datato a circa 2,1 miliardi di anni fa, che include presumibilmente i primi organismi multicellulari primitivi sulla Terra.
Presto, come già notato, il contenuto di ossigeno è sceso per poi oscillare intorno a valori piuttosto bassi. Forse un lampo di vita che ha causato un aumento del consumo di ossigeno,che era ancora molto piccolo, ha giocato un certo ruolo in questo autunno? In futuro, tuttavia, erano destinate a sorgere una sorta di "sacche di ossigeno", in cui la vita aerobica esisteva abbastanza comodamente e faceva ripetuti tentativi di "raggiungere il livello multicellulare".
Conseguenze e significato della catastrofe dell'ossigeno
Quindi, i cambiamenti globali nella composizione dell'atmosfera non sono stati, come si è scoperto, catastrofici. Tuttavia, le loro conseguenze hanno cambiato radicalmente il nostro pianeta.
Sono emerse forme di vita che costruiscono la loro attività vitale su una respirazione di ossigeno altamente efficiente, che ha creato i presupposti per la successiva complicazione qualitativa della biosfera. A sua volta, non sarebbe stato possibile senza la formazione dello strato di ozono dell'atmosfera terrestre, un' altra conseguenza della comparsa di ossigeno libero al suo interno.
Inoltre, molti organismi anaerobici non hanno potuto adattarsi alla presenza di questo gas aggressivo nel loro habitat e si sono estinti, mentre altri sono stati costretti a limitarsi ad esistere in "tasche" prive di ossigeno. Secondo l'espressione figurativa dello scienziato sovietico e russo, il microbiologo G. A. Zavarzin, la biosfera "si è capovolta" a causa della catastrofe dell'ossigeno. La conseguenza di ciò fu il secondo grande evento di ossigeno alla fine del Proterozoico, che portò alla formazione finale della vita multicellulare.
