История кислорода на Земле: чем дышали миллионы лет назад

ГлавнаяScience Олег Олимский

Сегодня в атмосфере содержится около 21% свободного кислорода. Если взвесить его объем, то его масса будет равна примерно одному квадриллиону тонн. Но так было не всегда. На протяжении миллиардов лет уровень кислорода постоянно менялся, а вместе с ним эволюция жизни на Земле.

Наша планета сформировалась около 4,6 миллиарда лет назад. Первый миллиард лет в атмосфере не было кислорода. Поэтому первыми жителями Земли стали бактерии, которые поглощали азот, серу, метан. Из этих веществ состояла атмосфера в те времена.


Земля времен архея, 3,5 — 3 миллиарда лет назад. На мелководье лежат строматолиты, похожие на камни. Это известковые отложения цианобактерий, Изображение(с)B.Gumming

Так продолжалось до тех пор, пока не появились цианобактерии. Эти синезеленые водоросли научились поглощать солнечную энергию и выделять в атмосферу кислород. Его было мало: менее 1%. Но этого оказалось достаточно, чтобы изменился ход эволюции. В начале протерозоя, 2,5 миллиарда лет назад произошла так называемая «кислородная катастрофа». Организмы, которые поглощали кислород, вышли на первый план. От них произошли многоклеточные: животные, растения и грибы.


График 1. Красная линия показывает изменение уровня кислорода на протяжении 4 миллиардов лет. Обратите внимание, что уровень кислорода указан в % от современного. То есть, 100% это нынешние 21%, а 10% — это 2%. Изображение Lee R. Kump The rise of atmospheric oxygen. Русификация автора

На протяжении двух миллиардов лет уровень кислорода медленно увеличивался. К концу протерозоя, 600 миллионов лет назад, его объем резко подскочил до 17%. Одной из причин было глобальное похолодание, длившееся 100 миллионов лет. Большую часть поверхности Земли в те времена занимали моря и океаны. Холодная вода быстрее насыщалась кислородом, что ускорило эволюцию. Скоро на поверхности появились первые растения, выделяющие кислород.


Земля 440 миллионов лет назад. На мелководье озер и морей росли первые растения. Изображение(с)R.Bizley

600 – 400 миллионов лет назад объем кислорода в атмосфере колебался в пределах от 15 до 30%. В конце девона, 370 миллионов лет назад уровень кислорода упал до 13%. Предполагается, что причиной стало массовое извержение вулканов или падение метеорита.


График 2. Ломаная линия с кружками показывает изменение уровня кислорода. Сплошная линия указывает на область мин. и макс. значений. Линия №10 — время появления первых динозавров. Период: от 600 миллионов лет назад до наших дней. Изображение Robert Berner, Oxygen and evolution. Русификация автора

К концу каменноугольного периода, 300 миллионов лет назад, уровень кислорода достиг максимума в 35%. Наступила эра гигантских насекомых и амфибий. Высокое содержание кислорода в атмосфере — высокая вероятность пожара. В условиях сухого климата и образования торфяных залежей на Земле вспыхнули пожары. Леса были уничтожены, объем кислорода в воздухе начал снижаться до 15%.


Жизнь в каменноугольном периоде,300 миллионов лет назад. Время гигантских насекомых и земноводных. Всё из-за увеличения кислорода до 35%. Изображение Creative Commons/Paleobear

220 миллионов лет назад уровень кислорода вырос с 15 до 19%. Этот скачок произошел всего за три миллиона лет, что очень быстро по геологическим меркам. Тогда появились быстроходные сухопутные рептилии – предки динозавров, птиц и крокодилов, а также млекопитающие.


Герреразавр — один из самых ранних известных на сегодняшний день динозавров. Изображение Creative Commons

После очередного массового вымирания 200 миллионов лет назад на Земле стали доминировать динозавры. Кислород в это время упал до 12%. Его снижение «заставило» хищных динозавров встать на задние лапы. Благодаря чему они могли быстрее бегать. Кроме того, у рептилий развились особые легкие. Таким образом, им было легче дышать в сложившихся условиях.


График 3. Вместе с размерами росло и число видов динозавров. Линия с белыми квадратами показывает изменение уровня кислорода, линия с серыми квадратами — изменение числа видов динозавров. Из графика следует прямая зависимость между увеличением уровня кислорода и ростом популяции древних ящеров. Изображение Gareth Dyke, Gary Kaiser, Living Dinosaurs: The Evolutionary History of Modern Birds.
Русификация автора

Начиная со 140 миллионов лет назад, кислорода становилось все больше. А вместе с ним росли в размерах и динозавры (см. график 3).

Некоторые виды динозавров были исполинами своего времени. Например длина зауроподов достигала 30-40 метров, а тираннозавра до 13 метров. Изображение Creative Commons

К концу мелового периода кислорода было уже около 18%. Его уровень продолжал увеличиваться и после исчезновения динозавров 66 миллионов лет назад. Пока не остановился на отметке 21% в наше время.

Источник

Это интересно


Новости партнеров