Кисень точно зникне: що буде із Землею без головного джерела життя

атмосфера Землі

атмосфера - газова оболонка небесного тіла, що утримується біля нього гравітацією.

Оскільки не існує чіткої межі міжатмосферою і міжпланетним простором, то зазвичай атмосферою прийнято вважати область навколо небесного тіла, в якій газове середовище обертається разом з ним як єдине ціле. Товщина атмосфери деяких планет, що складаються в основному з газів (газові планети), може бути дуже великий.

Атмосфера Землі містить кисень, який використовуєтьсябільшістю живих організмів для дихання, і діоксид вуглецю, споживаний рослинами і ціанобактеріями в процесі фотосинтезу. Атмосфера також є захисним шаром планети, захищаючи її мешканців від сонячного ультрафіолетового випромінювання і метеоритів.

Атмосфера є у всіх масивних тіл - газових гігантів і більшості планет земного типу в Сонячній системі, крім Меркурія.

  • межі атмосфери

Атмосферою прийнято вважати ту область навколоЗемлі, в якій газове середовище обертається разом з Землею як єдине ціле. Вона переходить в міжпланетний простір поступово, в екзосфері, що починається на висоті 500-1000 км від поверхні Землі.

За визначенням, запропонованим Міжнародноїавіаційної федерацією, межа атмосфери і космосу проводиться по лінії Кармана, розташованої на висоті 100 км, вище якої авіаційні польоти стають повністю неможливими.

NASA використовує в якості кордону атмосфери позначку в 122 км (400 000 футів), де «шатли» переключалися з маневрування за допомогою двигунів на аеродинамічний маневрування.

  • склад

Атмосфера Землі виникла в результаті двохпроцесів: випаровування речовини космічних тіл при їх падінні на Землю і виділення газів при вулканічних виверженнях (дегазація земної мантії). З виділенням океанів і появою біосфери атмосфера змінювалася за рахунок газообміну з водою, рослинами, тваринами і продуктами їх розкладання в ґрунтах і болотах.

В даний час атмосфера Землі складається в основному з газів і різних домішок (пил, краплі води, кристали льоду, морські солі, продукти горіння).

Історія утворення атмосфери

Згідно з найбільш поширеною теорії,атмосфера Землі протягом історії останньої перебити в трьох різних складах. Спочатку вона складалася з легких газів (водню і гелію), захоплених з міжпланетного простору. Це так звана первинна атмосфера.

На наступному етапі активна вулканічна діяльність призвела до насичення атмосфери і іншими газами, крім водню (вуглекислим газом, аміаком, водяною парою). так утворилася вторинна атмосфера. Ця атмосфера була відновної. Далі процес утворення атмосфери визначався наступними факторами:

  • витік легких газів (водню і гелію) в міжпланетний простір;
  • хімічні реакції, що відбуваються в атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання, грозових розрядів і деяких інших чинників.

Поступово ці чинники привели до утворення третинної атмосфери, Яка характеризується набагато меншим вмістом водню і набагато більшим - азоту і вуглекислого газу (утворені в результаті хімічних реакцій з аміаку і вуглеводнів).

Кисень в атмосфері

Склад атмосфери почав радикально змінюватися з появою на Землі живих організмів, в результаті фотосинтезу, що супроводжується виділенням кисню і поглинанням вуглекислого газу.

Спочатку кисень витрачався на окислення відновлених з'єднань - аміаку, вуглеводнів, закисной форми заліза, що містилася в океанах і другом.

Після закінчення даного етапу вміст кисню ватмосфері стало рости. Поступово утворилася сучасна атмосфера, що володіє окислювальними властивостями. Оскільки це викликало серйозні і різкі зміни багатьох процесів, що протікають в атмосфері, літосфері і біосфері, це подія отримала назву Киснева катастрофа.

Чому кисень зникає з атмосфери?

Виявилося, що протягом цього часу з Землівідбувається досить стабільна витік кисню зі швидкістю приблизно 8,4 проміле за мільйон років. Зокрема за останні 800 тис. Років в атмосфері стало приблизно на 0,7% менше кисню.

На діаграмі зліва показано, як відрізняютьсярезультати наукового моделювання співвідношення O2 / N2 в атмосфері і парціального тиску. На діаграмі праворуч - зміна парціального тиску за результатами вимірювання повітряних бульбашок в крижаних кернах за 800 тис. Років

Зменшення кількості кисню в атмосферівідбувається досить повільно. Ймовірно, в найближчі мільйони років воно не загрожує людського життя. Але інформація про природу таких циклів дуже важлива для науки.

Потрібно знати, під впливом яких чинниківвідбуваються зміни. Цю інформацію можна використовувати в тому числі при тераформуванні Марса, коли люди почнуть заселення Червоної планети. Ймовірно, нам доведеться підвищувати кількість кисню в марсіанській атмосфері.

Чому кисень зникає?

Вчені ще не прийшли до єдиної думки, чому атмосфера Землі повільно втрачає кисень. Є дві гіпотези.

  • Збільшення швидкості ерозії, в результаті якої з грунту витягується більше гірських порід, які окислюються і пов'язують більше кисню.
  • Зміна клімату.За останні кілька мільйонів років температура трохи знизилася, незважаючи на різке зростання в останні десятиліття. Через зниження температури могла ініціюватися ланцюжок екологічних реакцій, в результаті якої більше кисню стало розчинятися і зв'язуватися в Світовому океані.

Кисень зникне повністю?

Так, принаймні до такого висновку прийшли японський вчений з Університету Тохо Казуми Озакі і його американський колега Крістофер Рейнхард з Технологічного інституту Джорджії.

Фахівці змоделювали еволюцію атмосферинашої планети з урахуванням геологічних, біологічних і кліматичних факторів. В результаті вони з'ясували, що земна атмосфера залишиться відносно стабільною ще близько мільярда років, а після цього за кілька тисяч років вона перетвориться в практично безкисневому.

На думку вчених, причина катастрофи будеполягати в збільшеної активності Сонця, через яку в атмосфері знизиться вміст вуглекислого газу. Коли цей показник дійде до критичної точки, на планеті порушиться процес фотосинтезу, і кисень перестане надходити в атмосферу.

Біосфера не встигне адаптуватися до таких значних змін середовища. Світ примітивних анаеробних бактерій, який сьогодні ховається в тіні, знову візьме верх.

Висновок авторів роботи

Як Земля буде без кисню?

Такий стан вже було з нашою планетою до кисневої катастрофи.

Точний склад первинної атмосфери Землі насьогоднішній день невідомий, однак, як правило, вчені вважають, що вона сформувалася в результаті дегазації мантії і носила відновлювальний характер. Основу її становили вуглекислий газ, сірководень, аміак, метан. На користь цього свідчать:

  • неокислені відкладення, що утворилися явно на поверхні (наприклад, річкова галька з нестійкого до кисню піриту);
  • відсутність відомих значущих джерел кисню та інших окислювачів;
  • вивчення потенційних джерел первинної атмосфери (вулканічні гази, склад інших небесних тіл).

Оскільки переважна частина організмів тогочасу була анаеробної, нездатною існувати при значущих концентраціях кисню, відбулася глобальна зміна спільнот: анаеробні спільноти змінилися аеробними, обмеженими раніше лише «кисневими кишенями». Анаеробні ж спільноти, навпаки, виявилися витіснені в «анаеробні кишені» (образно кажучи, «біосфера вивернулася навиворіт»).

Надалі наявність молекулярного кисню ватмосфері привело до формування озонового екрану, значно розширив кордони біосфери, і до поширення більш енергетично вигідного (в порівнянні з анаеробним) кисневого дихання.

Читати далі

Уран отримав статус самої дивної планети в Сонячній системі. Чому?

Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?

Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять