История на земната атмосфера - климатични промени
Съдържание
- 1 Първичната атмосфера
- 2 вода, въглероден диоксид и кислород
- 2.1 Произход на живота
- 2.2 Значението на фотосинтезата
- 2.3 Развитие на живота
- 3 литература
- 4 Известие за лиценз
1 Първичната атмосфера
Земята, образувана преди малко повече от четири и половина милиарда години, първоначално имаше газова обвивка, състояща се от водород (H2) и хелий (He). Тези леки газове обаче бяха загубени до голяма степен в космоса през първите милиони години. Това се дължи на факта, че леките газове имат висока кинетична енергия, особено при високи температури като тези, които са преобладавали в началото на историята на Земята. С голямо количество кинетична енергия гравитацията може да бъде преодоляна, точно както при ракета, изстреляна в космоса. Следователно земята беше беззащитно изложена на бомбардировка на метеорити, която допълнително нагряваше и без това горещото земно тяло. Въпреки факта, че слънчевата радиация беше с 30-35% по-ниска от днешната, температурите бяха много високи, така че всички компоненти бяха в течно или газообразно състояние.
Първата атмосфера се формира от отделянето на газове от земята, която е била в разтопено състояние, както и от газовете, които са създадени по време на масивни вулканични изригвания. Тези процеси са се случили преди около 4 милиарда години и се разглеждат като началото на първата или първична атмосфера. Газовете, които все още избягват от вулканичните изригвания днес, дават представа как трябва да е изглеждала първоначалната атмосфера. Най-важните продукти за дегазация са водни пари и въглероден диоксид, които по това време са съставлявали 90% от атмосферата, както и малки количества метан, сероводород, амоняк, въглероден окис, азот и други. В тази атмосфера нямаше кислород.
Много високата концентрация на водни пари, които по това време са съставлявали около 4/5 от атмосферата, и въглеродният диоксид предполагат екстремен парников климат, какъвто го намираме днес на Венера и в който не е бил възможен живот. Дори и днес има силен парников климат на Венера, съседната на Земята планета по-близо до слънцето, тъй като 95% от атмосферата на Венера се състои от CO2. Температурите там са около 700 ° C! На земята те бяха доста над 100 ° C в първичната атмосфера. И това обяснява големия дял на водните пари, тъй като при тези високи температури водата може да съществува само в газообразно състояние.
2 вода, въглероден диоксид и кислород
Поради по-голямото разстояние на Земята от слънцето, нарастващото охлаждане преди около 3,5 милиарда години доведе до кондензация на водни пари и образуване на първичния океан. Кондензът изтегли най-важния парников газ, водни пари, от атмосферата. Делът на втория по важност парников газ в атмосферата, а именно въглеродният диоксид, също започва да намалява. Кондензираната водна пара пада като дъжд върху земната повърхност и измива въглеродния диоксид едновременно. След това въглеродният диоксид се разтваря в получения океан, комбинира се с калций и потъва на морското дъно, където се свързва във варовик за дълги периоди от време и по този начин напълно се изтегля от атмосферата.
Тъй като молекулата на кислорода силно се окислява и по този начин реагира бързо с други елементи, тя не е продукт на вулканичните изригвания, за разлика от другите газове. Кислородът във въздуха трябва първо да е бил създаден от други процеси. Един такъв процес е дисоциацията (разцепването) на молекулите на водните пари чрез твърдо ултравиолетово (UV) лъчение. Това UV лъчение обаче отново се блокира от самия кислород, така че скоростта на производство е твърде ниска. Основната причина за увеличаването на концентрацията на кислород е различна.
2.1 Произход на живота
Първите организми, а именно бактериите и най-простите едноклетъчни организми, са възникнали в първичния океан на Земята преди около 3,5 милиарда години или по-рано. Разбира се, тези същества не са могли да дишат кислород, тъй като не е имало такъв (те се наричат анаеробни) и следователно са натрупали енергия чрез млечнокисела ферментация. Това е много неефективен процес поради разграждането на органичните вещества. Анаеробните бактерии живеят във водата на достатъчна дълбочина, за да бъдат защитени от смъртоносната UV радиация. От друга страна, те са били зависими от доставката на органична храна, която се произвежда само в най-горните слоеве. Следователно те нямаха шанс да се разпространят по-нататък. С течение на времето мутантите бяха предпочитани. Тези организми развиват фотосинтеза и по този начин свързват повече въглероден диоксид, което допълнително намалява съдържанието на CO2 в атмосферата. Първите въглерод-свързващи организми са цианобактериите, които са се развили преди около 2,7 милиарда години.
2.2 Значението на фотосинтезата
По време на фотосинтезата живо същество абсорбира въглеродния диоксид и водата, преработва въглерода в свои компоненти под действието на слънчевата светлина и отделя кислород отново като отпадъчен продукт, така да се каже. Този процес и до днес е основата на живота на земята, тъй като почти всички растения превръщат неживите (неорганични) вещества в живи (органични) вещества, които заедно с освободения кислород образуват храната и енергийния източник на други живи същества.
Фотосинтезата може да е действала само като източник на кислород, обаче, ако бактериите не са били окислени повторно от кислорода, когато са умрели, в противен случай ще бъде изтеглено същото количество от околната среда, което са освободили по време на живота си. Процесът на утаяване се грижеше за изхвърлянето на органичния материал (т.е. мъртвите бактерии): мъртвото вещество потъва на дъното на морето и образува все по-високи слоеве, които кислородът не може да достигне.
2.3 Развитие на живота
По този начин първите живи същества на земята в крайна сметка произвеждат излишък на кислород, който първоначално реагира с желязо, сяра и други окисляеми вещества, но по-късно се натрупва в атмосферата. Съдържанието на кислород в атмосферата обаче остава много ниско през дългия период на целия Архей (преди 4 - 2,5 милиарда години) и е значително по-малко от 1% от настоящия дял.
Преди около 1,5 милиарда години беше достигнато съдържание на O2 от 1% от днешната стойност, което беше достатъчно, за да замести процеса на млечнокисела ферментация с много по-ефективно дишане. Дишането е обратното на фотосинтезата: енергията се получава от органичен материал (напр. Тревата, която кравата яде; кравата, която ядем) чрез консумацията на кислород. Не на последно място благодарение на тази повишена ефективност могат да се развият и многоклетъчни организми.
Намаляващото окисление в морето и нарастващата фотосинтеза на тези по-силно развити растения причиняват нарастване на съдържанието на кислород. Имаше значителен скок между 2 и 2,3 милиарда години. В Горния силур (преди около 400 милиона години) е достигнато ниво от около 10% от днешната стойност. При тази концентрация UV лъчението е толкова силно защитено, че на земята могат да съществуват и живи същества. Чрез намаляване на CO2 и увеличаване на съдържанието на O2, включително защита срещу UV лъчение, се създава атмосфера, която е предпоставка за развитието на висши форми на живот. Огромни гори се появиха там, където живееха динозаврите и накрая хората. Забележително е, че появата на самия живот направи тези условия възможни. В това отношение животът на земята е създал свои собствени основи. Следователно развитието на атмосферата е резултат от еволюция, при която земната атмосфера и живите същества са си влияли.