2.4 अरब साल पहले पृथ्वी के वायुमंडल में मुक्त ऑक्सीजन की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि, जाहिरा तौर पर, एक संतुलन अवस्था से दूसरे में बहुत तेजी से संक्रमण का परिणाम थी। पहला स्तर ओ 2 की बेहद कम सांद्रता के अनुरूप था - जो अब देखा गया है उससे लगभग 100,000 गुना कम है। दूसरा संतुलन स्तर वर्तमान के कम से कम 0.005 की उच्च सांद्रता पर पहुँचा जा सकता है। इन दो स्तरों के बीच ऑक्सीजन सामग्री अत्यधिक अस्थिरता की विशेषता है। इस तरह की "बिस्टेबिलिटी" की उपस्थिति से यह समझना संभव हो जाता है कि साइनोबैक्टीरिया (नीला-हरा "शैवाल") ने इसका उत्पादन शुरू करने के बाद कम से कम 300 मिलियन वर्षों तक पृथ्वी के वायुमंडल में इतनी कम मुक्त ऑक्सीजन क्यों थी।

वर्तमान में, पृथ्वी का वायुमंडल 20% मुक्त ऑक्सीजन है, जो कि साइनोबैक्टीरिया, शैवाल और उच्च पौधों के प्रकाश संश्लेषण के उप-उत्पाद से ज्यादा कुछ नहीं है। उष्णकटिबंधीय जंगलों द्वारा बहुत सारी ऑक्सीजन जारी की जाती है, जिन्हें अक्सर लोकप्रिय प्रकाशनों में ग्रह के फेफड़े कहा जाता है। साथ ही, हालांकि, यह मौन है कि वर्ष के दौरान उष्णकटिबंधीय वन लगभग उतनी ही ऑक्सीजन की खपत करते हैं जितना वे पैदा करते हैं। यह जीवों के श्वसन पर खर्च किया जाता है जो तैयार कार्बनिक पदार्थ, मुख्य रूप से बैक्टीरिया और कवक को विघटित करते हैं। के लिये, वातावरण में ऑक्सीजन जमा होना शुरू करने के लिए, प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाले पदार्थ का कम से कम हिस्सा चक्र से हटा दिया जाना चाहिए- उदाहरण के लिए, नीचे तलछट में उतरें और बैक्टीरिया के लिए दुर्गम हो जाएं जो इसे एरोबिक रूप से विघटित करते हैं, अर्थात ऑक्सीजन की खपत के साथ।

ऑक्सीजनिक ​​की समग्र प्रतिक्रिया (अर्थात, "ऑक्सीजन देने वाली") प्रकाश संश्लेषण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
सीओ 2 + एच 2 ओ + हो→ (सीएच 2 ओ) + ओ 2,
कहाँ पे होसूर्य के प्रकाश की ऊर्जा है, और (CH2O) कार्बनिक पदार्थों का सामान्यीकृत सूत्र है। श्वास विपरीत प्रक्रिया है, जिसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:
(सीएच 2 ओ) + ओ 2 → सीओ 2 + एच 2 ओ।
इस मामले में, जीवों के लिए आवश्यक ऊर्जा जारी की जाएगी। हालांकि, एरोबिक श्वसन केवल ओ 2 एकाग्रता पर संभव है जो वर्तमान स्तर (तथाकथित पाश्चर बिंदु) के 0.01 से कम नहीं है। अवायवीय परिस्थितियों में, कार्बनिक पदार्थ किण्वन द्वारा विघटित हो जाते हैं, और मीथेन अक्सर इस प्रक्रिया के अंतिम चरणों में बनता है। उदाहरण के लिए, एसीटेट के गठन के माध्यम से मेथनोजेनेसिस के लिए सामान्यीकृत समीकरण इस तरह दिखता है:
2(सीएच 2 ओ) → सीएच 3 सीओओएच → सीएच 4 + सीओ 2।
यदि हम प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया को अवायवीय परिस्थितियों में कार्बनिक पदार्थों के बाद के अपघटन के साथ जोड़ते हैं, तो कुल समीकरण इस तरह दिखेगा:
सीओ 2 + एच 2 ओ + हो→ 1/2 सीएच 4 + 1/2 सीओ 2 + ओ 2।
यह कार्बनिक पदार्थों के अपघटन का यह तरीका था, जाहिरा तौर पर, यह प्राचीन जीवमंडल में मुख्य था।

वायुमंडल में ऑक्सीजन की आपूर्ति और इसके निष्कासन के बीच आधुनिक संतुलन कैसे स्थापित हुआ, इसके कई महत्वपूर्ण विवरण अस्पष्ट हैं। आखिरकार, ऑक्सीजन सामग्री में उल्लेखनीय वृद्धि, तथाकथित "वायुमंडल का महान ऑक्सीकरण" (महान ऑक्सीकरण), केवल 2.4 अरब साल पहले हुआ था, हालांकि यह निश्चित रूप से जाना जाता है कि ऑक्सीजनिक ​​प्रकाश संश्लेषण करने वाले साइनोबैक्टीरिया पहले से ही काफी संख्या में थे। और 2.7 अरब साल पहले सक्रिय थे, और वे पहले भी पैदा हुए थे - शायद 3 अरब साल पहले। इस प्रकार, के दौरान कम से कम 300 मिलियन वर्षों तक, साइनोबैक्टीरिया की गतिविधि से वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा में वृद्धि नहीं हुई.

यह धारणा कि, किसी कारण से, शुद्ध प्राथमिक उत्पादन में एक आमूल-चूल वृद्धि (अर्थात, सायनोबैक्टीरिया के प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनने वाले कार्बनिक पदार्थों में वृद्धि) अचानक हुई, आलोचना के लिए खड़ी नहीं हुई। तथ्य यह है कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान, कार्बन 12 सी का प्रकाश समस्थानिक मुख्य रूप से खपत होता है, और में वातावरणभारी 13C समस्थानिक की सापेक्ष सामग्री बढ़ जाती है। तदनुसार, कार्बनिक पदार्थ युक्त तल तलछट को 13C समस्थानिक में समाप्त किया जाना चाहिए, जो पानी में जमा हो जाता है और कार्बोनेट बनाने के लिए जाता है। हालांकि, कार्बोनेट और in . में 12 और 13 का अनुपात कार्बनिक पदार्थवातावरण में ऑक्सीजन की सांद्रता में भारी परिवर्तन के बावजूद तलछट अपरिवर्तित रहती है। इसका मतलब यह है कि पूरा बिंदु O 2 के स्रोत में नहीं है, बल्कि इसमें है, जैसा कि भू-रसायनविदों ने इसे "सिंक" (वायुमंडल से निकासी) रखा है, जो अचानक काफी कम हो गया, जिससे ऑक्सीजन की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। वातावरण में।

यह आमतौर पर माना जाता है कि "वायुमंडल के महान ऑक्सीकरण" से तुरंत पहले गठित सभी ऑक्सीजन को कम लौह यौगिकों (और फिर सल्फर) के ऑक्सीकरण पर खर्च किया गया था, जो पृथ्वी की सतह पर काफी संख्या में थे। विशेष रूप से, तब तथाकथित "बंधुआ लौह अयस्क" का गठन किया गया था। लेकिन हाल ही में, यूनिवर्सिटी ऑफ ईस्ट एंग्लिया (नॉर्विच, यूके) में स्कूल ऑफ एनवायरनमेंटल साइंसेज में पीएचडी छात्र कॉलिन गोल्डब्लाट, एक ही विश्वविद्यालय के दो सहयोगियों के साथ इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि ऑक्सीजन की मात्रा पृथ्वी का वातावरणदो संतुलन राज्यों में से एक में हो सकता है: यह या तो बहुत छोटा हो सकता है - अब से लगभग 100 हजार गुना कम, या काफी (हालांकि आधुनिक पर्यवेक्षक की स्थिति से यह छोटा है) - वर्तमान स्तर के 0.005 से कम नहीं .

प्रस्तावित मॉडल में, उन्होंने ऑक्सीजन और कम यौगिकों दोनों के वातावरण में प्रवेश को ध्यान में रखा, विशेष रूप से, मुक्त ऑक्सीजन और मीथेन के अनुपात पर ध्यान देते हुए। उन्होंने नोट किया कि यदि ऑक्सीजन की सांद्रता वर्तमान स्तर के 0.0002 से अधिक है, तो मीथेन का हिस्सा प्रतिक्रिया के अनुसार पहले से ही मेथनोट्रोफिक बैक्टीरिया द्वारा ऑक्सीकरण किया जा सकता है:
सीएच 4 + 2 ओ 2 → सीओ 2 + 2 एच 2 ओ।
लेकिन बाकी मीथेन (और इसमें काफी मात्रा में, विशेष रूप से कम ऑक्सीजन सांद्रता पर) वातावरण में प्रवेश करती है।

ऊष्मप्रवैगिकी के दृष्टिकोण से पूरी प्रणाली एक गैर-संतुलन स्थिति में है। अशांत संतुलन को बहाल करने के लिए मुख्य तंत्र एक हाइड्रॉक्सिल रेडिकल द्वारा वातावरण की ऊपरी परतों में मीथेन का ऑक्सीकरण है (वायुमंडल में मीथेन के उतार-चढ़ाव देखें: मनुष्य या प्रकृति - जो जीतता है, "तत्व", 06.10.2006)। हाइड्रॉक्सिल रेडिकल को पराबैंगनी विकिरण की क्रिया के तहत वातावरण में बनने के लिए जाना जाता है। लेकिन अगर वातावरण में बहुत अधिक ऑक्सीजन है (वर्तमान स्तर का कम से कम 0.005), तो इसकी ऊपरी परतों में एक ओजोन स्क्रीन बनती है, जो पृथ्वी को कठोर पराबैंगनी किरणों से अच्छी तरह से बचाती है और साथ ही साथ भौतिक रसायन में हस्तक्षेप करती है। मीथेन का ऑक्सीकरण।

लेखक कुछ हद तक विरोधाभासी निष्कर्ष पर आते हैं कि ऑक्सीजन युक्त प्रकाश संश्लेषण का अस्तित्व अपने आप में ऑक्सीजन युक्त वातावरण के निर्माण के लिए या ओजोन स्क्रीन के निर्माण के लिए पर्याप्त स्थिति नहीं है। इस परिस्थिति को उन मामलों में ध्यान में रखा जाना चाहिए जब हम अन्य ग्रहों पर जीवन के अस्तित्व के संकेतों को उनके वातावरण के सर्वेक्षण के परिणामों के आधार पर खोजने की कोशिश कर रहे हैं।

वातावरण का गठन। आज, पृथ्वी का वायुमंडल गैसों का मिश्रण है - 78% नाइट्रोजन, 21% ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड जैसी अन्य गैसों की थोड़ी मात्रा। लेकिन जब ग्रह पहली बार दिखाई दिया, तो वायुमंडल में ऑक्सीजन नहीं थी - इसमें गैसें शामिल थीं जो मूल रूप से सौर मंडल में मौजूद थीं।

पृथ्वी तब अस्तित्व में आई जब सौर निहारिका से धूल और गैस से बने छोटे चट्टानी पिंड, जिन्हें प्लेनेटॉइड के रूप में जाना जाता है, एक दूसरे से टकराए और धीरे-धीरे एक ग्रह का आकार ले लिया। जैसे-जैसे यह बढ़ता गया, ग्रहों में निहित गैसें फट गईं और ढँक गईं धरती. कुछ समय बाद, पहले पौधों ने ऑक्सीजन छोड़ना शुरू किया, और आदिम वातावरण वर्तमान घने वायु खोल में विकसित हुआ।

वायुमंडल की उत्पत्ति

1. 4.6 अरब साल पहले नवजात पृथ्वी पर छोटे ग्रहों की बारिश हुई थी। ग्रह के अंदर संलग्न सौर निहारिका की गैसें टकराने से बच गईं और पृथ्वी के आदिम वातावरण का निर्माण किया, जिसमें नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प शामिल थे।
2. ग्रह के निर्माण के दौरान निकलने वाली गर्मी को आदिम वातावरण के घने बादलों की एक परत द्वारा बरकरार रखा जाता है। "ग्रीनहाउस गैसें" - जैसे कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प - गर्मी को अंतरिक्ष में उत्सर्जित होने से रोकती हैं। पृथ्वी की सतह पिघले हुए मैग्मा के उबलते समुद्र से भर गई है।
3. जब ग्रहों के टकराव कम होते गए, तो पृथ्वी ठंडी होने लगी और महासागर दिखाई देने लगे। घने बादलों से जलवाष्प संघनित होता है, और कई युगों तक चलने वाली बारिश, धीरे-धीरे तराई क्षेत्रों में बाढ़ आती है। इस प्रकार पहले समुद्र दिखाई देते हैं।
4. जल वाष्प संघनित होने और महासागरों के रूप में वायु शुद्ध होती है। समय के साथ, कार्बन डाइऑक्साइड उनमें घुल जाता है, और वातावरण में अब नाइट्रोजन का प्रभुत्व है। ऑक्सीजन की कमी के कारण सुरक्षात्मक परत नहीं बनती है। ओजोन परतऔर सूर्य की पराबैंगनी किरणें स्वतंत्र रूप से पृथ्वी की सतह तक पहुँचती हैं।
5. जीवन पहले अरब वर्षों के भीतर प्राचीन महासागरों में प्रकट होता है। सबसे सरल नीले-हरे शैवाल पराबैंगनी विकिरण से सुरक्षित हैं समुद्र का पानी. वे ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए उपयोग करते हैं सूरज की रोशनीऔर कार्बन डाइऑक्साइड, उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन की रिहाई के साथ, जो धीरे-धीरे वातावरण में जमा होने लगती है।
6. अरबों साल बाद, ऑक्सीजन युक्त वातावरण बनता है। ऊपरी वायुमंडल में फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं ओजोन की एक पतली परत बनाती हैं जो हानिकारक पराबैंगनी प्रकाश को बिखेरती हैं। जीवन अब महासागरों से निकलकर भूमि पर जा सकता है, जहाँ कई जटिल जीव विकास के परिणामस्वरूप उभरे हैं।

अरबों साल पहले, आदिम शैवाल की एक मोटी परत ने वातावरण में ऑक्सीजन छोड़ना शुरू किया। वे आज तक स्ट्रोमेटोलाइट्स नामक जीवाश्म के रूप में जीवित हैं।

ज्वालामुखी मूल

1. प्राचीन, वायुहीन पृथ्वी। 2. गैसों का विस्फोट।

इस सिद्धांत के अनुसार, युवा ग्रह पृथ्वी की सतह पर ज्वालामुखी सक्रिय रूप से फूटे। प्रारंभिक वातावरण की संभावना तब बनी जब ग्रह के सिलिकॉन खोल में फंसी गैसें ज्वालामुखियों की नलिका के माध्यम से बाहर निकलीं।

पृथ्वी के वायुमंडल में O2 का संचय:
1 . (3.85-2.45 अरब वर्ष पूर्व) - ओ 2 का उत्पादन नहीं हुआ था
2 . (2.45-1.85 अरब साल पहले) ओ 2 का उत्पादन किया गया था लेकिन समुद्र और समुद्र तल की चट्टानों द्वारा अवशोषित किया गया था
3 . (1.85-0.85 अरब वर्ष पूर्व) ओ 2 महासागर छोड़ देता है, लेकिन भूमि पर चट्टानों के ऑक्सीकरण और ओजोन परत के निर्माण से भस्म हो जाता है
4 . (0.85-0.54 अरब वर्ष पूर्व) भूमि पर सभी चट्टानें ऑक्सीकृत हो जाती हैं, वातावरण में ओ 2 का संचय शुरू हो जाता है।
5 . (0.54 अरब साल पहले - वर्तमान) आधुनिक काल, वातावरण में ओ 2 की सामग्री स्थिर हो गई है

ऑक्सीजन आपदा(ऑक्सीजन क्रांति) - पृथ्वी के वायुमंडल की संरचना में एक वैश्विक परिवर्तन जो प्रोटेरोज़ोइक की शुरुआत में हुआ था, लगभग 2.4 अरब साल पहले (साइडरियन अवधि)। ऑक्सीजन तबाही का परिणाम वातावरण में मुक्त ऑक्सीजन की उपस्थिति और एक परिवर्तन था सामान्यकम करने से ऑक्सीकरण करने के लिए वातावरण। अवसादन की प्रकृति में तेज बदलाव के अध्ययन के आधार पर ऑक्सीजन आपदा की धारणा बनाई गई थी।

वायुमंडल की प्राथमिक संरचना

पृथ्वी के प्राथमिक वायुमंडल की सटीक संरचना वर्तमान में अज्ञात है, लेकिन आम तौर पर यह स्वीकार किया जाता है कि इसका गठन मेंटल के क्षय के परिणामस्वरूप हुआ था और यह एक पुनर्स्थापनात्मक प्रकृति का था। इसका आधार कार्बन डाइऑक्साइड, हाइड्रोजन सल्फाइड, अमोनिया, मीथेन था। इसका प्रमाण है:

• सतह पर दिखाई देने वाले गैर-ऑक्सीकृत तलछट (उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन-लैबाइल पाइराइट से नदी के कंकड़);
• ऑक्सीजन और अन्य ऑक्सीकरण एजेंटों का कोई ज्ञात महत्वपूर्ण स्रोत नहीं;
• प्राथमिक वायुमंडल के संभावित स्रोतों (ज्वालामुखी गैसों, अन्य खगोलीय पिंडों की संरचना) का अध्ययन।

ऑक्सीजन आपदा के कारण

आणविक ऑक्सीजन का एकमात्र महत्वपूर्ण स्रोत जीवमंडल है, अधिक सटीक रूप से, प्रकाश संश्लेषक जीव। जीवमंडल के अस्तित्व की शुरुआत में ही, प्रकाश संश्लेषक आर्कबैक्टीरिया ने ऑक्सीजन का उत्पादन किया, जो लगभग तुरंत चट्टानों, भंग यौगिकों और वायुमंडलीय गैसों के ऑक्सीकरण पर खर्च किया गया था। एक उच्च सांद्रता केवल स्थानीय रूप से, जीवाणु मैट (तथाकथित "ऑक्सीजन पॉकेट्स") के भीतर बनाई गई थी। सतह की चट्टानों और वायुमंडल की गैसों के ऑक्सीकृत होने के बाद, ऑक्सीजन मुक्त रूप में वातावरण में जमा होने लगी।

माइक्रोबियल समुदायों के परिवर्तन को प्रभावित करने वाले संभावित कारकों में से एक परिवर्तन था रासायनिक संरचनाज्वालामुखीय गतिविधि के विलुप्त होने के कारण महासागर।

ऑक्सीजन आपदा के परिणाम

बीओस्फिअ

चूंकि उस समय के अधिकांश जीव अवायवीय थे, महत्वपूर्ण ऑक्सीजन सांद्रता में मौजूद नहीं थे, समुदायों का एक वैश्विक परिवर्तन हुआ: अवायवीय समुदायों को एरोबिक लोगों द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, जो पहले केवल "ऑक्सीजन पॉकेट" तक सीमित थे; इसके विपरीत, अवायवीय समुदायों को "अवायवीय जेब" में धकेल दिया गया (लाक्षणिक रूप से, "जीवमंडल अंदर से बाहर निकला")। इसके बाद, वायुमंडल में आणविक ऑक्सीजन की उपस्थिति ने एक ओजोन स्क्रीन का निर्माण किया, जिसने जीवमंडल की सीमाओं का काफी विस्तार किया और अधिक ऊर्जावान रूप से अनुकूल (अवायवीय की तुलना में) ऑक्सीजन श्वसन का प्रसार किया।

स्थलमंडल

नतीजतन ऑक्सीजन आपदालगभग सभी कायांतरणीय और अवसादी चट्टानें, जो अधिकांश का निर्माण करती हैं पृथ्वी की पपड़ी, ऑक्सीकृत होते हैं।