Історія атмосфери Землі - зміна клімату
Зміст
- 1 Первісна атмосфера
- 2 води, вуглекислий газ та кисень
- 2.1 Походження життя
- 2.2 Важливість фотосинтезу
- 2.3 Розвиток життя
- 3 література
- 4 Повідомлення про ліцензію
1 Первісна атмосфера
Земля, утворена трохи більше чотирьох з половиною мільярдів років тому, спочатку мала газову оболонку, що складалася з водню (Н2) і гелію (Не). Однак ці легкі гази були в основному втрачені в космосі в перші мільйони років. Це пов’язано з тим, що легкі гази мають високу кінетичну енергію, особливо за таких високих температур, як ті, що панували на початку історії Землі. Завдяки великій кількості кінетичної енергії гравітацію можна подолати, як і ракету, яка запускається в космос. Тому земля була беззахисно піддана бомбардуванню метеоритами, які ще більше нагрівали і без того гаряче земне тіло. Незважаючи на те, що сонячна радіація була на 30-35% менше, ніж сьогодні, температури були дуже високими, так що всі компоненти знаходились у рідкому або газоподібному стані.
Перша атмосфера утворилася в результаті газоутворення Землі, яка перебувала в розплавленому стані, а також газів, що утворилися під час масових вивержень вулканів. Ці процеси відбувались близько 4 мільярдів років тому і розглядаються як походження першої або споконвічної атмосфери. Гази, які все ще витікають від виверження вулканів сьогодні, дають уявлення про те, як мала виглядати первісна атмосфера. Найважливішими продуктами дегазації були водяна пара та вуглекислий газ, які складали на той час 90% атмосфери, а також невелика кількість метану, сірководню, аміаку, окису вуглецю, азоту та інших. У цій атмосфері не було кисню.
Дуже висока концентрація водяної пари, яка на той час складала близько 4/5 атмосфери, та вуглекислого газу свідчать про надзвичайний парниковий клімат, який ми знаходимо сьогодні на Венері і в якому неможливо було життя. Навіть сьогодні на Венері, сусідній із Землею планеті ближче до Сонця, існує сильний парниковий клімат, оскільки 95% атмосфери Венери складається з СО2. Температура там близько 700 ° C! На землі вони були значно вище 100 ° C у первісній атмосфері. Це пояснює високу частку водяної пари, оскільки за цих високих температур вода могла існувати лише в газоподібному стані.
2 води, вуглекислий газ та кисень
Через більшу віддаленість землі від Сонця, збільшення охолодження близько 3,5 мільярда років тому призвело до конденсації водяної пари та утворення первісного океану. Конденсація вивела з атмосфери найважливіший парниковий газ - водяну пару. Частка другого за значенням парникового газу в атмосфері, а саме діоксиду вуглецю, також почала зменшуватися. Конденсована водяна пара падала дощем на земну поверхню і одночасно вимивала вуглекислий газ. Потім вуглекислий газ розчинявся в отриманому океані, поєднувався з кальцієм і опускався до морського дна, де протягом тривалого періоду зв’язувався у вапняку і таким чином повністю виводився з атмосфери.
Оскільки молекула кисню сильно окислюється і, таким чином, швидко реагує з іншими елементами, вона не була продуктом виверження вулканів, на відміну від інших газів. Спершу кисень у повітрі повинен створюватися іншими процесами. Одним з таких процесів є дисоціація (розщеплення) молекул водяної пари під дією жорсткого ультрафіолетового (УФ) випромінювання. Однак це УФ-випромінювання знову блокується самим киснем, так що швидкість виробництва надто низька. Основна причина збільшення концентрації кисню різна.
2.1 Походження життя
Перші організми, а саме бактерії та найпростіші одноклітинні організми, виникли в первісному океані Землі приблизно 3,5 мільярда років тому або раніше. Звичайно, ці істоти не могли дихати киснем, оскільки його не було (тому їх називають анаеробними) і тому отримували енергію завдяки молочнокислому бродінню. Це дуже неефективний процес через розпад органічної речовини. Анаеробні бактерії мешкали у воді на достатній глибині, щоб захиститися від смертельного УФ-випромінювання. З іншого боку, вони залежали від постачання органічної їжі, яка вироблялася лише у найвищих шарах. Тому вони не мали шансів поширюватися далі. З часом мутантам, таким чином, надавали перевагу. Ці організми розвинули фотосинтез і таким чином зв’язали більше вуглекислого газу, що ще більше зменшило вміст СО2 в атмосфері. Першими вуглецево-зв’язуючими організмами були ціанобактерії, які розвинулись приблизно 2,7 мільярда років тому.
2.2 Важливість фотосинтезу
Під час фотосинтезу жива істота поглинає вуглекислий газ і воду, переробляє вуглець під дією сонячного світла у власні компоненти і знову виділяє кисень у вигляді відходів, так би мовити. Цей процес і сьогодні є основою життя на землі, оскільки майже всі рослини перетворюють неживі (неорганічні) речовини в живі (органічні) речовини, які разом з виділеним киснем утворюють їжу та джерело енергії інших живих істот.
Фотосинтез міг діяти лише як джерело кисню, однак, якби бактерії не переокислювались киснем, коли вони загинули, інакше буде вилучено таку саму середу, яку вони виділили за своє життя. Процес седиментації подбав про утилізацію органічного матеріалу (тобто мертвих бактерій): мертва речовина опускається на дно моря і утворює все вищі шари, до яких кисень не може досягти.
2.3 Розвиток життя
Перші живі істоти на землі в кінцевому підсумку виробляли надлишок кисню, який спочатку реагував із залізом, сіркою та іншими окислюваними речовинами, але згодом накопичувався в атмосфері. Однак вміст кисню в атмосфері залишався дуже низьким протягом тривалого періоду всього Архейського моря (4 - 2,5 мільярда років до сьогодні) і становив значно менше 1% від поточної частки.
Близько 1,5 мільярда років тому було досягнуто вмісту O2 в 1% від сьогоднішнього значення, чого було достатньо, щоб замінити процес молочнокислого бродіння набагато ефективнішим диханням. Дихання - це зворотний бік фотосинтезу: енергія отримується з органічного матеріалу (наприклад, трави, яку їсть корова; корови, яку ми їмо) завдяки споживанню кисню. Не в останню чергу завдяки цій підвищеній ефективності можуть розвиватися і багатоклітинні організми.
Зменшення окислення в морі та посилення фотосинтезу цих високорозвинених рослин призвели до того, що згодом вміст кисню все більше зростав. Між 2 та 2,3 мільярдами років тому відбувся значний стрибок. У Верхньому Силурі (близько 400 мільйонів років тому) був досягнутий рівень близько 10% від сьогоднішнього значення. При такій концентрації УФ-випромінювання настільки сильно захищається, що живі істоти також можуть існувати на суші. Зменшуючи СО2 та збільшуючи вміст O2, включаючи захист від УФ-випромінювання, була створена атмосфера, яка була передумовою для розвитку вищих форм життя. Величезні ліси виникли там, де мешкали динозаври, нарешті, люди. Примітно, що поява самого життя зробила ці умови можливими. У цьому відношенні життя на землі створило свої власні основи. Отже, розвиток атмосфери є результатом еволюції, в якій земна атмосфера та живі істоти впливали один на одного.