К ИСТОКУ

о развитии Божественного Начала в Человеке

* Вход   * Регистрация * FAQ * НОВЫЕ СООБЩЕНИЯ  * Ваши сообщения 

Текущее время: 12 дек 2017, 16:21

Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 17 ]  На страницу 1, 2  След.
Автор Сообщение
Сообщение №1  СообщениеДобавлено: 29 ноя 2013, 13:16 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Развитие атмосферы

atmosphera.jpg

Автор статей: М. Руттен
http://evosfera.ru/

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №2  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:23 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Доактуалистические и актуалистические процессы и условия

Чтобы подчеркнуть это различие между первичной и современной атмосферами, я называю первичную атмосферу доактуалисти-ческой, а современную актуалистической.

Я понимаю, что такое предложение может быть неверно понято. В самом деле, и в условиях первичной атмосферы, конечно, действовали те же законы природы, которые действуют и сейчас, т. е., если угодно, и тогда действовал принцип униформизма.

Применение этого принципа существенно важно для всех биохимических теорий и экспериментов, рассмотренных в предыдущих главах.

Химические связи веществ "первичного бульона" имели совершенно ту же природу, что и химические связи в веществах, синтезируемых сейчас неорганическим путем в лаборатории или живыми существами.

Однако хотя принцип униформизма действовал на этом фундаментальном уровне и в примитивных условиях, результаты протекавших тогда процессов не только отличались от современных, но часто были прямо противоположны им. Многие современные процессы были тогда невозможны - и наоборот.

Поэтому мне кажется, что термин "доактуалистический" вполне оправдан. Как мы знаем, различия в составе между первичной и современной атмосферами повлияли и на некоторые экзогенные геологические процессы, а именно на те из них, которые протекали в тесном контакте с атмосферой и гидросферой.

открыть спойлер
Поэтому справедливо будет сказать, что необычные докембрийские отложения, например золото-урановые рифы и полосчатые железорудные формации ( гл. XIII), созданы доактуалистическими процессами.

Итак, экзогенные процессы, происходившие в контакте с атмосферой или гидросферой более 1,8 млрд. лет назад, можно назвать доактуалистическими. Этот термин неприложим к эндогенным процессам-, не подверженным влиянию атмосферы.

Насколько мы знаем, эндогенные процессы, в частности орогенические циклы, оставались в основных своих чертах неизменными со времен формирования древнейших известных нам пород земной коры, т. е.уже 3,3 млрд. лет.

Следовательно, мы можем сказать, что в ранний период истории развития земной коры (от 3,3 млрд. до 1,8 млрд. лет назад) на поверхности коры преобладали доактуали-стические, а в коре - актуалистические условия и процессы.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №3  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:25 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Кислород и двуокись углерода

Пока мы почти исключительно занимались кислородом, сравнивая его содержание в древней и современной атмосфере.

Мы пришли к выводу, что весь кислород, содержащийся в нашей атмосфере, имеет биогенную природу, т. е. создан живыми организмами в процессе органического фотосинтеза. Теперь пора взглянуть на обратную сторону медали и заняться атмосферной двуокисью углерода.

Кислород и двуокись углерода сильно различаются по своим геохимическим свойствам. Полезно будет кратко повторить то, что мы уже знаем об этих веществах.

Прежде всего большая часть свободного кислорода находится . в атмосфере, тогда как двуокись углерода в основном присутствует в гидросфере, растворенная в Морской воде.

Кроме того, кислород, входящий в состав атмосферы, сравнительно независим от других атмосферных газов.

Разу-меется, он влияет на живые существа, на экзогенные геологические процессы, но изменения в содержании атмосферного кислорода не могут иметь значительных последствий для других составляющих атмосферы.

открыть спойлер
Взаимоотношения двуокиси углерода с другими веществами более сложны. Снижение содержания СО2 в атмосфере будет сначала компенсироваться высвобождением ее из океанов.

Эти равновесные реакции между атмосферой и океаном идут, с нашей точки зрения, вяло, занимая промежутки времени порядка тысячи лет. Но с точки зрения геологической истории эти реакции заканчиваются практически мгновенно.

В океанских водах растворено во много раз больше двуокиси углерода, чем ее содержится в атмосфере, поэтому кратковременное снижение уровня СО2 в атмосфере не может иметь крупных геологических последствий.

Оно будет восполнено СО2, поступающей из океанов, и при такой незначительной потере океанский резервуар ничуть не оскудеет.

Содержание двуокиси углерода в океане может заметно измениться только при продолжительном снижении или повышении уровня этого газа в атмосфере.

Тут проявится другое отличие геохимических свойств СО2 от свойств кислорода, а именно: двуокись углерода, растворенная в океанской воде, участвует в сложной системе реакций, в которой важную роль играют и другие соединения.

Сейчас на Земле так много свободного п связанного в окислах серы кислорода и так много углерода в ископаемых каустобиолитах, что эти вещества не могли образоваться за счет СО2, высвободившейся в результате геохимических реакций.

Остается предположить, что в течение всей геологической истории происходило более или менее постоянное поступление СО2 в атмосферу и гидросферу из какого-то другого источника.

Данные геохимии говорят, что содержание двуокиси углерода в океане никогда не могло более чем в 10 раз превышать современное, а некоторые геохимики считают, что и эта цифра преувеличена.

В общем мы не вправе предположить, что в первичном океане и в примитивной атмосфере было чрезвычайно много двуокиси углерода, которая за геологическое время израсходовалась в процессе органического фотосинтеза, образовав, наконец, современную кислородную атмосферу.

Нетрудно понять, откуда поступает двуокись углерода: этот газ представляет собой один из самых важных компонентов вулканических эксгаляций . Таким образом, источником СО2 на протяжении миллиардов лет служило обезгаживание Земли.

Но скорость производства СО2, видимо, менялась со временем. Об этом пойдет речь в следующем разделе.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №4  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:27 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Механизм ограничения содержание в атмосфере кислорода

Теперь мы можем решить самый существенный вопрос истории атмосферы.

Вот он: не мог ли весь свободный кислород нашей атмосферы возникнуть в результате неорганического процесса - фотодиссоциации паров воды при облучении их ультрафиолетом Солнца? Раньше происхождение свободного кислорода именно так и объясняли, и теория допускала такое объяснение.

На Земле с тех пор, как она охладилась, всегда, по-видимому, было много воды, а ведь, как известно, водяные пары под действием жесткого ультрафиолета диссоциируют. Но количество образующегося таким образом кислорода, как показал Г. Юри, строго ограничено.

Регулирующий механизм связан с различиями в вертикальном распределении водяных паров и кислорода. Как мы видели, водяные пары задерживаются в "холодной ловушке", а кислород распределен по экспоненциальному закону.

Значит, кислород заходит в атмосфере гораздо выше, чем вода. Кроме того, ультрафиолет тех длин волн, которые способны разлагать воду, поглощается кислородом.

Значит, кислород должен эффективно защищать водяные пары от дальнейшего воздействия ультрафиолетового излучения, от дальнейшей диссоциации.

открыть спойлер
Расчеты показывают, что содержание кислорода, продуцируемого при неорганической фото диссоциации воды, не может подняться выше 0,001 его современного содержания в атмосфере .

Фотодиссоциация воды происходит за счет энергии, которую передают молекуле воды кванты света, поглощаемые ею. Значит, этот процесс должен вызываться светом тех длин волн, которые сильно поглощаются водяными парами.

64c07aa6cad8.jpg

Фиг.86 показывает, что наиболее высокие коэффициенты поглощения наблюдаются для длин волн от 150 до 200 нм.

На том же графике мы можем видеть, что и СО2 и О2 тоже сильно поглощают в этой области. На фиг. 92показано, что солнечные лучи должны преимущественно поглощаться именно кислородом и двуокисью углерода.

Если в атмосфере присутствует достаточное количество этих газов, то они распределяются по вертикали экспоненциально, экранируя жесткое излучение выше "холодной ловушки", в которой остается вода.

Представлены суммарные графики поглощения света с длиной волны от 150 до 180 нм для двух моделей ранней атмосферы с различным содержанием кислорода.

Содержание водяных паров принято в обоих случаях одинаковым, так как вода на Земле была одинаково широко распространена в течение всей геологической истории. В одной модели содержание СО2 также принято равным современному, а в другой - в десять раз выше.

Поглощение мало зависит от содержания СО2, так как этого газа в атмосфере немного. Основная роль здесь принадлежит Ог.

Можно, не боясь ошибиться, сказать, что автоматический регулирующий механизм действует при содержании кислорода в атмосфере,, составляющем 0,001 современного.

Беркнер и Маршалл совершенно правильно подчеркнули что этот очень важный механизм не позволяет никакому неорганическому процессу поднять содержание кислорода выше 0,001 современного.

Следовательно, содержание кислорода могло повыситься только тремя способами: 1) за счет некоего неизвестного внеземного воздействия, 2) за счет вмешательства сверхъестественных сил и 3) в результате биогенного образования свободного кислорода.

Из следующих разделов мы узнаем, как современная земная атмосфера могла развиться благодаря биогенной продукции кислорода.

Здесь следует обратить внимание еще на одну деталь. Описанный автоматический механизм в любой атмосфере зависит только от присутствия водяных паров.

Уровень содержания кислорода, при котором этот механизм действует, может слегка изменяться в зависимости от колебаний содержания СО2, однако это изменение незначительно.

Следовательно, данный механизм должен был действовать не только в примитивной земной атмосфере, но и в любой другой примитивной атмосфере.

Он является общим для всех примитивных планетных атмосфер. Самое важное в предложенной Юри модели автоматического механизма ограничения уровня кислорода в атмосфере состоит в том, что кислород любого происхождения всегда будет подниматься выше, чем вода, остающаяся в "холодной ловушке".

Следовательно, за счет высвобождения кислорода при органическом фотосинтезе содержание кислорода в атмосфере также вначале не сможет повыситься. Фотосинтез и фотодиссоциация - неаддитивные процессы.

Появление в атмосфере кислорода, высвободившегося при фотосинтезе, должно привести к уменьшению скорости неорганической фотодиссоциации воды.

Только когда фотосинтез стал настолько распространенным, что только за его счет, без помощи других процессов содержание кислорода в атмосфере смогло подняться выше 0,001 его современного уровня, "барьер Юри" был преодолен.


Автор статей: М. Руттен

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №5  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:28 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Ограниченность распространения ранней жизни

Теперь на основе всего того, что было сказано в предыдущих разделах, мы попытаемся составить представление о том, в каких средах могла существовать ранняя жизнь.

Мы видим, что местообитания ранней жизни резко ограничивались тогда двумя факторами. Первый - смертоносное ультрафиолетовое излучение, проникавшее через атмосферу и делавшее сушу непригодной для жизни.

Второй - низкий уровень развития самой жизни, которая была не в состоянии извлекать максимум возможного из окружающей среды. Займемся сначала вторым фактором.

Даже при несовместимых с жизнью условиях на суше жизнь могла найти самые разнообразные возможности в воде. Среди водных форм можно выделить три большие экологические группы:

1) нектосные или активно плавающие животные; 2) планктонные, или дрейфующие формы;

3) бентосные, или обитающие на дне организмы. Во времена ранней жизни, в раннем и среднем докембрии, активно плавающих животных еще не было, так что нектон отпадает.

Кроме того, водные организмы не поднимались тогда выше 10 му ведь только на такой глубине они могли найти защиту от летального действия ультрафиолета. Современные организмы умеют оставаться на нужной глубине, регулируя свою удельную массу.

открыть спойлер
Легко себе представить современные планктонные организмы, всегда живущие глубже, скажем, десяти метров. Они управляют глубиной погружения, изменяя удельную массу одной или нескольких орга-нелл, из-за чего меняется удельная масса всей клетки.

В прокарио-тических клетках органелл нет, поэтому способность изменять свою удельную массу свойственна только эукариотам.

Поскольку ранняя жизнь была прокариотической, первобытные организмы не имели возможности управлять глубиной своего погружения. Но в таком случае планктонные организмы постоянно находились бы под угрозой гибели от излучения: .

волны или течения могли бы выносить их в верхние слои воды. Значит, планктона тогда тоже еще не было.

Следовательно, ранняя жизнь была представлена бентосными организмами. Глубины менее 10 м были ей недоступны.

С другой стороны, она не могла заходить глубже 50 м, так как ниже этого уровня видимый солнечный свет настолько ослаблен, что органический фотосинтез не может идти здесь достаточно активно.

Схема, приведенная на фиг.95, показывает, что в те далекие времена область распространения жизни была ограничена дном озер и морей на глубинах примерно от 10 до 50 м.

В океанах жизнь могла существовать только в узкой прибрежной зоне. Но в больших озерах жизнь вполне могла распространиться и по всему дну (если только глубина озера не превышала 50 м).

Поэтому Беркнер и Маршалл , обратившие внимание на эти ограничивающие факторы внешней среды, считают, что ранняя жизнь должна была возникнуть в больших озера

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №6  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:29 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Первичная бескислородная и современная кислородная атмосфера

Из предыдущих глав мы узнали, что, по мнению биологов, существование примитивной бескислородной атмосферы было непременным условием возникновения жизни.

Более того, данные астрономии также свидетельствуют о том, что древняя атмосфера Земли имела восстановительный характер. Наконец, из гл. XIII мы узнали, что и геологические данные указывают на существование в прошлом бескислородной атмосферы.

Мы смогли приблизительно оценить возраст нашей современной атмосферы. Бескислородная атмосфера просуществовала примерно до периода, удаленного от нас на 1,8 млрд. лет, а кислородная атмосфера сформировалась около 1,4 млрд. лет назад.

Значит, за промежуток времени между этими двумя датами произошел переход от бескислородной к кислородной атмосфере. Мы видели также, что Земля - единственная планета Солнечной системы, в атмосфере которой имеется значительное количество свободного кислорода.

Мы приняли, что кислород этот имеет биогенное происхождение: он создан (и продолжает создаваться) организмами, способными к органическому фотосинтезу, например эелеными растениями.

Далее, мы узнали, что жизнь существует на нашей планете уже гораздо более 1,8 млрд. лет, а значит, она присутствовала уже в условиях бескислородной атмосферы.

открыть спойлер
Более того, судя по молекулярным ископаемым, уже тогда были организмы, способные проводить органический фотосинтез. В данной главе мы несколько подробнее познакомимся со свойствами обеих атмосфер.

Я счел полезным перечислить вновь основные сведения о них в начале этой главы.

Нужно еще раз подчеркнуть, что первичная атмосфера сильно отличалась от современной.

Во многих отношениях они так же различны, как день и ночь. Многое из того, что было возможно тогда, невозможно теперь, и наоборот.

Как уже говорилось, этот контраст между двумя атмосферами подчеркивался всеми учеными, настаивающими на естественном происхождении жизни. Но в своих работах эти ученые часто недостаточно строго употребляют термины, так что резкая грань между двумя атмосферами смазывается.

При описании процессов, протекающих в условиях бескислородной атмосферы, часто употреблялись термины, имеющие смысл только для современных условий.

В гл. VIII мы видели, что термины "аэробный" и "анаэробный" в применении к первичной атмосфере означают часто "кислородный" и "бескислородный".

В той же главе говорилось и о важности того факта, что некоторые вещества под действием ультрафиолета разлагаются и, таким образом, нуждаются в защите от него.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №7  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:31 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Поглощение ультрафиолетового солнечного излучения

Выясняя вопрос о том, как солнечный свет проникал через первичную атмосферу, надо сначала решить, какую модель этой атмосферы мы будем рассматривать.

Основываясь на астрономических данных, приведенных в гл. V, можно думать, что первичная атмосфера содержала Н2, N2, Н20, СО2, Аг, СН4 и следы других газов наряду с небольшими количествами О2 и Оз.

Практически поглощение Нг, N2, Аг и СЙЦ в участке спектра от 160 до 250 нм столь незначительно, что им можно пренебречь.

Следовательно, мы можем ограничиться изучением влияния водяных паров (НгО), двуокиси углерода (СО2), кислорода (Ог) и озона (Оз). Чтобы рассчитать прохождение солнечного излучения через атмосферу известного состава, надо сначала узнать энергию излучения на разных длинах волн .

Надо знать коэффициенты поглощения в этих длинах волн и, кроме того, каково содержание разных газов в атмосфере, которую должно пройти излучение.

Практически две последние величины всегда рассчитывают отдельно для разных газов, составляющих атмосферу, а данные для атмосферы в целом получают простым сложением.

Коэффициент поглощения газом (к) характеризует ослабление излучения, прошедшего через слой данного газа толщиной в 1 см при температуре газа 0 С и давлении 1 атм (это так называемые нормальные условия, см.ниже).

Интенсивность излучения, прошедшего через слой газа толщиной х см при нормальных условиях, выражается формулойв которой 1о - начальная интенсивность, а 1Х - интенсивность излучения после того, как оно прошло через газ.

открыть спойлер
Количество определенного газа в атмосфере, через которое проходит солнечное излучение, прежде чем попасть на поверхность Земли, выражается обычно двумя способами - в абсолютных и относительных величинах.

По абсолютной шкале это количество выражается в сантиметрах, для чего рассчитывается высота столба данного газа при давлении 1 атм и температуре 0 С (высота однородной атмосферы).

Эти условия называются нормальными. Количество газа, через которое должно пройти излучение при этих условиях, можно выразить длиной пути через эту воображаемую толщу газа; ее обозначают буквой х и измеряют в сантиметрах.

Количество газа можно выражать в относительных величинах по отношению к содержанию этого газа в атмосфере. Коэффициенты поглощения четырех интересующих нас газов в спектральном интервале 160-250 нм приведены на фиг.

Для длин волн более 160-200 нм коэффициент поглощения водяных паров, кислорода и двуокиси углерода резко падает. Значит, излучение с длиной волны более 200 нм легче проходит через эти газы.

Озон ведет себя иначе: его коэффициент поглощения к колеблется от 1 до 100 на всем участке спектра до 300 нм. Роль атмосферного озона в поглощении ультрафиолетового солнечного излучения ясна из графиков.

Займемся теперь второй переменной величиной, от которой зависит прохождение солнечного излучения через атмосферу. Прежде всего следует отметить, что разные атмосферные газы обладают сильно различающимся распределением по высоте.

Обычно газ распределяется по вертикали экспоненциально, причем наивысшая его концентрация наблюдается у поверхности Земли, а с высотой она снижается. Но из четырех интересующих нас газов только два - 02 и СО2 - следуют такому обычному экспоненциальному распределению.

Распределение Н2О и Оз необычно.

На распределение водяных паров влияет так называемая "холодная ловушка" в тропосфере, на высоте около 10 км.

Там, при температуре ниже -40 С, весь водяной пар замерзает, и выше этой области воды практически нет.

На фиг. 92 показано, что приведенные к нормальным условиям водяные пары атмосферы дали бы длину пути более 10 м, и лишь 1 см этого пути приходится на воду из слоев атмосферы, лежащих выше 12 км.

Из разд. 6 этой главы мы узнаем, что эта особенность играет важную роль,определяя максимальное количество свободного кислорода, которое может возникнуть неорганическим путем при фотолизе воды. Озон тоже распределен в атмосфере необычным образом.

В наше время он образуется в верхних слоях атмосферы из кислорода, подвергающегося действию солнечного излучения. Оно разбивает молекулы кислорода на более активные отдельные атомы, часть которых соединяется в трехатомные молекулы озона.

Конвекционные токи атмосферы несут этот газ вниз. Но экспоненциальное распределение озона не может установиться, так как озон, едва достигнув поверхности Земли, реагирует с минералами и органическими веществами, окисляя их.

Окислительный потенциал озона намного выше, чем у кислорода, и он практически мгновенно исчезает с поверхности Земли. Таким образом, 03 сейчас распределен в атмосфере почти равномерно.

В бескислородной атмосфере дело обстояло иначе.

Ведь излучение, за счет которого сейчас образуется озон в верхних слоях атмосферы, тогда доходило до поверхности гидросферы и литосферы.

Значит, весь озон возникал здесь. Он тут же связывался, окисляя различные вещества.

Таким образом, в бескислородной атмосфере должен был существовать сравнительно тонкий слой озона вблизи поверхности Земли.

Конечно, образующееся количество озона зависит от того, сколько свободного кислорода имеется в верхних слоях атмосферы, и эта зависимость была принята во внимание Беркнером и Маршаллом при расчетах.

Их результаты приведены на фиг.

10028-2.jpg

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №8  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:34 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Поглощение ультрафиолетового солнечного излучения в атмосфере

Теперь мы можем заняться вопросом, какая часть солнечного излучения поглотилась бы атмосферами разного состава.

Кривые, к которым мы обратимся, показывают количество интересующего нас атмосферного газа (выраженное или в длине пути при нормальных условиях, или в долях содержания в атмосфере, PAL, или обоими способами сразу), которое, присутствуя в атмосфере, могло бы поглотить излучение данной длины волны до некоторого определенного уровня.

Теоретически солнечное излучение никогда не поглощается полностью ни в атмосфере, ни в гидросфере.

Всегда какая-то часть излучения проходит. Но поскольку поглощение - процесс "экспоненциальный", это количество быстро снижается до столь незначительной величины, что ею можно пренебречь.

Поэтому надо условиться, какое поглощение излучения мы будем считать "полным".

Беркнер и Маршалл во всех своих расчетах принимали поро-говое значение потока энергии, соответствующее полному поглощению, равным 1 эрг/(см2-с) для 5 нм (когда энергия в спектральном интервале шириной 5 нм поглощается в такой степени, что за 1 с через 1 см2 проходит всего 1 эрг).

При таком поглощении (экстинкция) Солнце было бы всего лишь в 50 раз ярче полной Луны. Ниже этого уровня никакие неорганические фотохимические реакции практически не идут.

Если оставить в стороне довольно регулярное возрастание потока энергии с увеличением длины волны солнечного излучения , то кривые, указывающие количество газа, необходимое для поглощения определенной длины волны до принятого нами уровня, являются как бы зеркальным отражением кривых коэффициентов поглощения для разных длин волн.

открыть спойлер
image011.jpg

Ведь чем меньше коэффициент поглощения, тем более прозрачен газ для излучения данной длины волны и, следовательно, тем толще будет слой газа, необходимый для ослабления этого света до принятого уровня.

Изменения в количестве водяных паров и двуокиси углерода слабо влияют на поглощение ультрафиолетового излучения. Решающую роль играют здесь кислород и его производное - озон.

График, приведенный на фиг.88, показывает, что при современном содержании в атмосфере водяных паров они эффективно поглощают солнечный ультрафиолет с длиной волны менее 200 нм. Но даже при десятикратном увеличении их содержания они елабо поглощают излучение с большой длиной волны.

Поскольку водяные пары находятся в равновесии с жидкой водой Мирового океана, а верхний предел их распространения ограничен "холодной ловушкой" в тропосфере, можно думать, что их содержание в атмосфере никогда не подвергалось значительным колебаниям.

Водяные пары никогда не могли играть главной роли в экранировании солнечного ультрафиолета с длиной волны более 200 нм.

Примерно то же можно сказать и о двуокиси углерода. График, приведенный на фиг.89, показывает, что при современном содержании СО2 в атмосфере этот газ задерживает только излучение с длиной волны менее 190 нм.

При содержании в 30 раз выше современного двуокись углерода задерживала бы волны длиной до 205 нм. Однако крайне маловероятно, чтобы в земной атмосфере когда-либо имелось столько двуокиси углерода.

В противополож-ность кислороду основной запас двуокиси углерода содержится нев атмосфере, а в океанских водах. Океан поэтому представляет собой прекрасный "буфер", регулирующий содержание СО2 в атмосфере.

Процесс осаждения карбонатов служит "мусорщиком", удаляя из атмосферы лишнюю двуокись углерода.

Как уже говорилось, с кислородом и озоном дело обстоит совершенно иначе. Мы уже несколько раз подчеркивали важную роль такого фактора, как увеличение содержания кислорода в атмосфере для защиты от солнечного ультрафиолета, но мы ограничивались общим, чисто качественным подходом.

Из работ Беркнера и Маршалла, содержащих солидный фактический материал, мы можем извлечь и численные данные, позволяющие перевести наши умозаключения на количественную основу. Это настолько важно, что я считаю необходимым поговорить подробнее о физике явлений поглощения света в атмосфере.

График, приведенный на фиг. 90, показывает, что, не считая системы полос Шумана - Рунге вблизи 180 и 190 нм, обусловленной атомным резонансом, рост содержания кислорода в атмосфере сопровождается монотонным увеличением поглощения жесткого ультрафиолета.

Этот эффект при современном содержании кислорода в атмосфере распространяется на область до 250 нм, а далее главную роль в поглощении начинает играть озон.

Итак, кислород сильно влияет на состав солнечного излучения, которое доходит до поверхности Земли. Действие озона дополняет действие кислорода .

Различие в кривых их коэффициентов поглощения отражает радикальное различие в кривых толщины слоя этих газов, необходимой для ослабления до порогового значения. Напомним, что содержание озона прямо зависит от содержания кислорода.

Таким образом, атмосфера, бедная кислородом, не может быть насыщена озоном.

Хотя константы, определяющие образование озона, известны пока не слишком хорошо, можно оценить количество озона, которое будет присутствовать в атмосфере при разных уровнях содержания кислорода.

Сравнивая фиг.91 с табл. 22, мы замечаем, что уже при содержании кислорода, равном 0,1 его содержания в современной атмосфере, уровень озона, видимо, был лишь ненамного ниже того, что мы наблюдаем сейчас.

Поскольку озон даже при таком низком содержании кислорода экранирует ультрафиолет с длиной волны около 250 нм, кислород и озон вместе эффективно поглощали все жесткое ультрафиолетовое излучение уже в те времена, когда со-держание кислорода в атмосфере составляло 0,1 его содержания в современной атмосфере (см.также фиг.94).



Автор статей: М. Руттен
http://evosfera.ru/

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №9  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:37 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Производство и потребление кислорода и двуокиси углерода

Из предыдущего раздела мы узнали, насколько различна роль кислорода и двуокиси углерода в истории атмосферы, в происхождении и эволюции жизни.

В принципе атмосферный кислород образовался при потреблении организмами двуокиси углерода, так что история этих двух газов более или менее связана. Уровень содержания газа в атмосфере в любой данный момент - это результат равновесия между его поступлением и потреблением.

Кислород появляется почти исключительно в результате органического фотосинтеза. Потребляется он в основном в двух процессах: один из них органический - дыхание, другой неорганический - окисление минералов, залегающих на поверхности.

Двуокись углерода вносится в атмосферу главным образом за счет неорганического процесса - обезгаживания Земли, тогда как основной процесс потребления этого газа - органический фотосинтез.

Один из факторов, влияющих на скорость всех этих процессов,- изменения в скорости движений коры в различные периоды каждого орогенического цикла.

Хотя из-за недостатка данных нам приходится ограничиться чисто качественным подходом к вопросу, проблема эта заслуживает особого рассмотрения. Займемся сначала кислородом.

В геосинклинальный период, любого орогенического цикла расход кислорода на окисление поверхности земной коры должен быть сравнительно невелик.

открыть спойлер
Медленные движения коры выносят наверх лишь сравнительно небольшое количество веществ коры, к тому же большая часть этих веществ - горные породы верхних слоев коры, т. е. в основном осадочные породы, материал которых уже окислился во время цикла выветривание - перенос - осадкообразование.

В орогенный и посторогенный периоды дело обстоит иначе.

Вулканическая активность и усилившиеся движения коры выносят на поверхность гораздо более значительные массы вещества коры, причем часть этого материала поднята из глубоких, неокисленных слоев.

Значит, в геосинклинальный период потребляется меньше кислорода, чем в орогенный и посторогенный периоды.

Недостаток данных мешает сказать, достаточно ли эти различия велики, чтобы повлиять на общий кислородный баланс, но если это так, то можно думать, что в каждый геосинклинальный период содержание кислорода в атмосфере постепенно растет, а в орогенный и посторогенный периоды резко падает.

График этих изменений количества кислорода в атмосфере в зависимости от скорости движений коры дан на фиг.

zhdanov1990-2.jpg

Возможно, конечно, что эти колебания гасятся за счет буферных механизмов вроде того, который вступает в действие вблизи точки Пастера. На содержание двуокиси углерода изменения скорости движения коры влияют обратным образом.

Мы можем предположить, что развитие жизни (если не было каких-то иных возмущающих воздействий) шло размеренным шагом вне зависимости от циклов горообразования. Ведь даже "более мощные движения коры" в орогенные периоды настолько медленны, что незаметны для живых организмов.

И даже так называемые "большие вымирания" по-видимому, никак не сказывались на глобальной биомассе. Значит, изменения скорости движений коры не могли непосредственно влиять на скорость развития жизни.

Следовательно, потребление С02 в органическом фотосинтезе - устойчивый процесс, не подверженный влиянию оро-генических циклов. В то же время поступление СО2 из недр Земли тесно связано с процессами горообразования.

В орогенный и посторогенный периоды вулканическая активность значительно усиливается, хотя количественно оценить это усиление мы также не можем.

Но качественные данные, полученные из геологической летописи, позволяют предполагать, что оно очень велико.

Видимо, верно будет считать, что обезгаживание Земли, при котором выделяется СО2, при-урочено главным образом к сравнительно коротким орогенному и посторогенному периодам каждого орогенического цикла.

Если предположить, что эти колебания объема выделяющейся двуокиси углерода были достаточно сильными, то получится график, подобный тому, что изображен на фиг.

Содержание двуокиси углерода в атмосфере должно падать в геосинклинальный период и резко возрастать в орогенный и посторогенный периоды каждого орогенического цикла.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №10  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:38 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Проникновение солнечного ультрафиолета в воду

Узнав, как солнечный ультрафиолет проходит через атмосферу различного состава, мы должны теперь рассмотреть его проникновение в воду.

Ведь ранняя жизнь не могла существовать на суше в непосредственном контакте с атмосферой, через которую свободно проходили смертоносные ультрафиолетовые лучи. Ранняя жизнь, конечно, была защищена от этого излучения или горными породами, или почвой, или водой озер и морей.

Уже тонкого слоя горной породы или почвы достаточно для защиты от коротковолнового ультрафиолета, однако передвижение по порам в толще песка или глины или из одной естественной пещеры в другую весьма затруднительно.

В крупных водоемах передвижение организмов требует значительно меньших усилий.

Поскольку эволюция хотя бы на некоторых этапах предполагает достаточно хорошее сообщение между разными популяциями и биотопами и поскольку на заре развития жизни для защиты от ультрафиолета требовался значительный слой воды, можно предположить, что главную роль в развитии жизни сыграли именно обширные водоемы.

В этом разделе мы рассмотрим ограничения, накладывавшиеся на раннюю жизнь проникновением ультрафио-лета через атмосферу и верхние слои гидросферы.

открыть спойлер
На графике, приведенном на фиг.94, показано проникновение солнечного ультрафиолета разной длины волны в жидкую воду при разных уровнях содержания кислорода в атмосфере.

Сравнивая фиг. 94 с графиками, приведенными в предыдущем разделе, мы видим, что наш новый график охватывает более широкий участок спектра.

Дело в том, что в предыдущих разделах мы интересовались главным образом неорганическими фотохимическими реакциями синтеза "органических" соединений. Такие реакции протекают под действием света с длиной волны до 210 нм.

Теперь же нас интересует летальное действие солнечного ультрафиолета на живое вещество, т. е. речь идет уже не о возможности синтеза, а о возможности избежать распада.

Живые клетки сильнее всего поглощают ультрафиолет с длиной волны от 240 до 280 нм. Облучение таким светом может быть смертельным даже при энергии ниже установленного нами предела поглощения, т. е. ниже 1 эрг на 1 см2 в спектральном интервале шириной 5 нм.

Вот почему сейчас мы будем говорить об ультрафиолете с несколько большей длиной волны. На фиг.94 показано общее поглощение ультрафиолета водой, кислородом и озоном.

В чисто теоретическом случае облучения водоема, не защищенного никакой атмосферой, проникновение ультрафиолетового солнечного излучения в воду описывается гладкой кривой (сплошная линия на фиг.94).

Вода практически непрозрачна для жесткого ультрафиолета: свет с длиной волны 180 нм пройдет в воде меньше 1 см.

Свет с длиной волны около 280 нм пройдет уже около 10 м, прежде чем поглотится; красные же лучи видимого спектра проникают до глубины 100 м. В случае примитивной атмосферы, в которой содержание кислорода не превышает 0,001 его современного уровня, положение изменится слабо.

При содержании кислорода до 0,01 современного кривая поглощения имеет уже совсем иной характер.

Это связано не с каким-либо изменением свойств самой воды и даже не с действием кислорода, как могло бы показаться, судя по графику, приведенному на фиг. 90, а с тем, что при таком содержании кислорода вступает в игру озон, образующийся в атмосфере из кислорода.

Сильное поглощение озоном ультрафиолета с длиной волны от 240 до 270 нм приводит к ослаблению этих волн уже в атмосфере.

Становится также значительным поглощение в атмосфере более коротковолнового излучения, и теперь для полного поглощения солнечного ультрафиолета достаточно слоя воды толщиной всего 1 м.

При повышении содержания кислорода в атмосфере до 0,1 современного совместное действие кислорода и озона распространяется до длин волн около 290 нм. Это означает, что весь смертоносный ультрафиолет поглощается в атмосфере.

Жизнь уже не нуждается в подводном убежище и может выйти на сушу.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №11  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:42 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Расширение зоны обитания ранней жизни

Графики, приведенные на фиг.94, показывают, как с накоплением кислорода в атмосфере для ранней жизни открывались все новые и новые местообитания.

Видимо, важнейшие сдвиги происходили при повышении содержания О2 до 0,01 и 0,1 его содержания в современной атмосфере. При содержании О2, равном примерно 0,01 современного, атмосфера уже поглощала значительную, причем самую опасную для жизни, часть ультрафиолетового солнечного излучения.

Остальная часть ультрафиолетового спектра проникала в воду не более чем на 1 м. Беркнер и Маршалл полагают, что в это время уже могли появиться планктонные организмы.

Даже если они выносились в верхний, метровый слой воды, то это грозило всего лишь временным воздействием ультрафиолета, поскольку волны и течения довольно быстро вновь уносят организмы из этого сравнительно тонкого слоя.

Учитывая, что кратковременное облучение не смертельно, считают, что жизнь уже тогда могла "завоевать море".

Еще неизвестно, какую дозу ультрафиолета могли выносить эти организмы и при каком уровне содержания кислорода произошло расширение владений жизни - точно при 0,01 современного или чуть выше или ниже.

Это "завоевание моря при достижении критического уровня содержания О2, соответствующего 0,01 современного", Беркнер и Маршалл связывают с началом кембрия .

открыть спойлер
Первое массовое появление ископаемых остатков в геологической летописи, о котором так много говорится почти во всех учебниках геологии, заставляет указанных авторов говорить о "взрыве жизни", связанном с завоеванием жизнью новых местообитаний.

Подробнее мы обсудим этот вопрос в разд.4 следующей главы.

Следует обратить внимание еще на один аспект накопления кислорода в атмосфере.

В условиях равновесия между водой и атмосферой растворимость Ог в воде тем меньше, чем выше температура и соленость воды. При прочих равных условиях пресная вода содержит примерно на 25% больше кислорода, чем океанская.

Следовательно, когда содержание кислорода в атмосфере уже достигло точки Пастера, пресноводные озера быстрее "догнали" атмосферу, тогда как в океане содержание О2 еще могло оставаться ниже этой точки.

Другой порог был перейден, когда содержание кислорода в атмосфере поднялось примерно до 0,1 современного.

Как явствует из данных, приведенных на фиг.94, при этом весь смертельный для жизни ультрафиолет поглощается в атмосфере. Теперь жизньмогла расстаться с защитным слоем воды и распространиться на сушу, придя в непосредственный контакт с атмосферой.

Беркнер и Маршалл связывают это "завоевание суши при достижении критического уровня содержания О2, соответствующего 0,1 совре-менного" с началом силура, когда первые главные группы наземной флоры оставили свои следы в геологической летописи.

На фиг.95-97 представлены схемы распределения ранней жизни при разных критических значениях содержания кислорода в атмосфере.

Частично эти рисунки основаны на личном сообщении Беркнера и Маршалла (1966), но они были затем пересмотрены и изменены, так что эти авторы совершенно не отвечают за ошибочные представления, которые, возможно, встретятся в этих схемах.

Они представляют собой попытку наглядно изобразить в самом общем виде расширение ареала и увеличение разнообразиябиотопов ранней жизни.

Пока мы оставим в стороне вопрос о том, с какими теологическими периодами надо связывать этапы зтого развития. Об этом мы поговорим в следующей главе.

На фиг.95 представлена ранняя стадия развития атмосферы.

Как и на двух следующих рисунках, мы видим здесь участок материка с большим неглубоким озером и прилегающим к материку морем.

В море можно выделить две зоны: мелководное шельфовое море, лежащее на материковом плато (глубина принимается здесь равной 30 м), и гораздо более глубокое открытое море.

Летальное ультрафиолетовое излучение Солнца не только свободно проходило через примитивную атмосферу, в которой содержание О2 составляло около 0,001 современного, но и проникало в воду на глубину 10 м. В этой области ничем не защищенная жизнь не могла существовать.

Не было и планктонных организмов, так как примитивные прокариотические клетки еще не умели держаться подальше от опасных верхних слоев воды, регулируя глубину погружения. Значит, могла развиться только донная, прокариотическая, бескислородная жизнь.

Как и в наши дни, этот бентос мог заселять, дно озер и морей не глубже того предела, куда доходит безвредное излучение Солнца, несущее необходимую для жизни энергию.

Если принять определение поглощения света, предложенное Берк-нером и Маршаллом (1 эрг/(см2-сек) в спектральном интервале шириной 5 нм), то красные солнечные лучи проникают на глубину 100 м; однако и в современных океанах на глубинах более 50 м биомасса резко снижается.

Поэтому мы возьмем эту глубину в качестве границы между фотической и афотической зонами.

Впрочем, можно было бы принять за такую границу и стометровую глубину - это не внесло бы принципиальных изменений в нашу схему.

На фиг.96 изображена картина распространения жизни при содержании О2 около 0,01 современного уровня. Большая часть, смертоносной ультрафиолетовой радиации все еще проходила через атмосферу.

Но в воду она проникала не глубже чем на 1 м, и в морях и озерах стало возможным развитие плапктона. Однако при таком уровне содержания кислорода в атмосфере должен был существовать резкий контраст между положением в озерах и в океане.

Ввиду того что в пресной озерной воде кислород растворяется лучше, чем в соленой океанской, озера сравнительно сильнее насыщены кислородом, и, как мы видели, точка Пастера достигается в озерах уже при таком содержании кислорода в атмосфере, при котором в океане этого еще не происходит.

Мы не знаем, при каком содержании кислорода в атмосфере должно проявиться это различие между озерами и океанами, но, видимо, этот уровень соответствует примерно 0,01 современного содержания О2.

Именно эта стадия в развитии атмосферы и гидросферы изображена на фиг. Теперь в верхних слоях озер уже может развиться, пусть и в бескислородной атмосфере, аэробный и хотя бы частично способный к дыханию планктон.

Бентос со сходным ме-таболизмом уже может занять более близкие к поверхности участки дна. Но из-за стратификации, свойственной большинству озер, глубже лежащие слои водоема не получают постоянного притока кислорода.

В результате этой местной нехватки кислорода здесь создаются гипертрофные условия. Поэтому на дне глубоких озер должна развиться настоящая анаэробная жизнь, (что наблюдается и в современных условиях).

Конечно, как и теперь, некоторые из этих донных организмов - факультативные анаэробы, способные переходить к дыханию, когда сезонное перемешивание всей водной массы нарушает стратификацию и приводит всю толщу воды к равновесию с содержанием кислорода в атмосфере, составляющем в данном случае 0,01 современного.

Но в море точка Пастера к этому времени еще не достигнута. Там может возникнуть "бескислородный" и неспособный к дыханию планктон, а на дне будет по-прежнему жить примитивный "бескислородный" бентос, подобный тому, что изображен на предыдущей схеме.

Однако этот бентос может теперь продвинуться на глубину около 1 м. Хотя в морях могут возникать застойные водные массы с гипертрофными условиями на дне, но это гораздо более редкое событие, чем в озерах с их обычной стратификацией.

Оно связано с особым, нечасто встречающимся рельефом дна. Но на нашей схеме такая возможность не отражена; показано, что море хорошо аэрируется до нижней границы фотической зоны.

Безжизненность моря глубже этой границы - тоже упрощение. Хорошо известно, что и на больших глубинах существует и бентос, и нектон Но численность, вернее биомасса, этих организмов настолько мала по сравнению с тем, что наблюдается в фотической зоне, что такое упрощение кажется оправданным.

На фиг.97 изображена ситуация, когда содержание кислорода в атмосфере составляет 0,1 современной величины и выше; теперь положение дел уже сходно с современным. Жизнь завоевала сушу; в озерах и океанах появился "кислородный", способный к дыханию планктон.


Автор статей: М. Руттен

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №12  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:43 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Ультрафиолетовое излучение солнца

В гл. IV уже было показано в общих чертах, что ультрафиолетовое солнечное излучение могло проходить через первичную бескислородную атмосферу и достигать поверхности Земли.

Обладая сравнительно высокой энергией, это излучение вызывало самые разные химические реакции, теперь уже не протекающие в естественных условиях . Беркнер и Маршалл разработали данный вопрос более подробно.

Этот и следующий разделы основаны на их работах, значительно углубивших наше понимание процессов, шедших в условиях примитивной атмосферы. Указанные авторы собрали все новейшие сведения по солнечной радиации, по составу атмосферы и по поглощению света разными газами атмо-сферы.

Были привлечены данные самых разных наук - от ядерной физики до спутниковой метеорологии. Беркнер и Маршалл изучали влияние атмосфер различного состава на прохождение коротковолновой части солнечного ультрафиолетового излучения.

Как известно, в состав солнечного света входят электромагнитные волны разной длины. Мы можем видеть свет с длиной волны от немногим менее 400 нм (фиолетовый свет) до немногим более 800 нм (красный свет).

Со своей точки зрения мы называем этот диапазон видимым участком спектра. Но если бы даже наши глаза вдруг смогли воспринимать более широкий участок спектра, солнечный свет ненамного изменился бы для нас, поскольку почти все остальное поглощает современная атмосфера.

открыть спойлер
Через нее проходят еще только волны, соответствующие небольшому участку спектра после фиолетового - ультрафиолетовое излучение - и несколько более широкому участку после красного - инфракрасное излучение.

Современная атмосфера фактически непрозрачна для большей части солнечного излучения, она поглощает почти всю его энергию, оставляя "окно" лишь для видимой части спектра.

Как мы увидим, непрозрачность атмосферы для дальнего ультрафиолета зависит главным образом от наличия в ней свободного кислорода (02) и озона (Оз).

В своих работах Беркнер и Маршалл [1, 2] уделили больше всего внимания не инфракрасному свету, а именно ультрафиолетовой части спектра.

Дело в том, что чем меньше длина волны, тем большую энергию несет излучение. А чем выше энергия излучения, тем больше вероятность того, что под его воздействием будут происходить неорганические фотохимические реакции распада и синтеза.

Верхний предел длин волн, вызывающих такие реакции, лежит гораздо ниже верхнего предела длин волн того ультрафиолета, который может проходить через современную атмосферу.

Нас интересует именно наиболее активное ультрафиолетовое солнечное излучение (дальний ультрафиолет) с длиной волны не более 250 нм.

Как мы увидим, расчеты Беркнера и Маршалла относятся в основном к этому жесткому ультрафиолету.

Однако энергия, которая поступает с солнечным излучением на поверхность Земли, зависит не только от пропускания атмосферы, но и от того, насколько интенсивно излучает Солнце в том или ином участке спектра.

Эта интенсивность для длин волн меньше 100 нм быстро падает . К тому же длины волн меньше 180 нм гораздо сильнее поглощаются различными газами.

Значит, свет с длиной волны менее 160 нм всегда приносил на Землю очень немного энергии. Итак, для нас особенно важен участок спектра от 160 до 250 нм, так как именно за счет энергии этого излучения шли процессы неорганического фотосинтеза в условиях первичной атмосферы.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №13  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:44 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Второй автоматический механизм

В гл. VIII, разд.5 и 6 мы уже обсуждали переход от брожения к дыханию в метаболизме некоторых групп современных микроорганизмов.

Здесь мы поговорим о влиянии этого перехода на процесс превращения бескислородной атмосферы в кислородную.

Важен тот факт, что эффект Пастера отмечается у самых разных, не родственных между собой видов современных микроорганизмов (факультативных анаэробов) при одном и том же уровне содержания свободного кислорода.

Поскольку этот эффект не приурочен к какой-то одной группе микроорганизмов, мы можем считать, что в его основе лежит какой-то пока не известный физико-химический порог (или несколько порогов) и что этот механизм действо-вал и в далеком прошлом.

В таком случае лучше говорить не о факультативном анаэробиозе, а о факультативном дыхании.

Мы уже видели, что при содержании кислорода в атмосфере, равном 0,01 современного, должен действовать механизм обратной связи: при превышении этого уровня за счет фотосинтетической активности организмы с факультативным дыханием начинают потреблять кислород, а как только количество кислорода падает ниже этого уровня, переключаются на брожение (эффект Пасте-ра).

открыть спойлер
Теперь мы можем дать предварительное определение бескислородной атмосферы: это атмосфера, в которой содержание кислорода составляет не более 1 % его современного уровня.

Полезно напомнить, что пока мы не можем по древним осадочным породам определить содержание кислорода в примитивной атмосфере. Только экстраполяция в прошлое эффекта Пастера, известного у современных микроорганизмов, позволяет продвинуться в этом направлении.

Если дальнейшие исследования покажут, что точка Пастера находится несколько ниже или выше принимаемого сейчас уровня, то наше определение придется соответственно изменить.

Можно было бы сформулировать вполне "надежное" определение, которое, по-видимому, устоит перед новыми открытиями микробиологов: бескислородной называется атмосфера, в которой содержание кислорода не превышает того уровня, при котором срабатывает эффект Пастера.

Но коль скоро мы хотим сопоставить данные микробиологии с данными атмосферной физики, нам следует отдать предпочтение первому определению: в нем указана конкретная цифра.

Очевидно, точка Пастера была превзойдена тогда, когда интенсивность органического фотосинтеза увеличилась до такой степени, что кислород стал производиться быстрее, чем он потреблялся в процессах дыхания (а также в процессах окисления поверхностных минералов и других).

Вероятно, это произошло тогда, когда развился новый, более эффективный способ фотосинтеза, например когда фотолитотрофный тип метаболизма взял верх над примитивным фото"органо"трофным или когда появилась эукариотиче-ская клетка, обладающая специализированными органеллами для фотосинтеза.

Однако пока все эти догадки остаются беспочвенными, так как для обоснованных выводов у нас нет данных.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №14  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:45 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
История атмосферного кислорода

Сначала мы рассмотрим историю атмосферного кислорода, так как об основных аспектах ее мы уже имеем кое-какие, впрочем довольно ненадежные, сведения.

Мы знаем, что содержание кис-лорода, освобождаемого при неорганической фотодиссоциации воды, не могло подняться выше так называемого уровня Юри - 0,35 см в нормальных условиях, т. е. менее 0,001 его содержания в современной атмосфере.

Не боясь ошибиться, можно принять, что этот уровень был достигнут уже ко времени образования древнейших горных пород, т. е. 4,5 млрд. лет назад (пункт а на нашей диаграмме).

Через какое-то время, когда органический фотосинтез достиг такой степени развития, что за его счет кислород мог производиться быстрее, чем он терялся на окисление минералов земной коры, уровень Юри был превзойден.

В предыдущей главе подчеркивалось, что потери на окисление минералов в орогенные периоды были выше, чем в геосинклинальные.

Поэтому можно полагать, что уровень Юри был нарушен или перед мареальбидским горообразованием, или после него. Не имея данных о том, когда произо-шло это событие, я из осторожности принял, что оно произошло более чем 3 млрд. лет назад (точка Ъ).

Фотосинтез должен был начаться еще до этого события, поскольку, как мы знаем, сначала за счет фотосинтеза образовывалась лишь часть всего кислорода, до того высвобождавшегося только в результате неорганической фотодиссоциации воды.

Поглощение жесткого солнечного излучения в верхних слоях атмосферы, выше "холодной ловушки", где задерживаются пары воды, зависит от общего уровня содержания кислорода независимо от его происхождения.

открыть спойлер
Но мы не имеем сведений ни о том, когда начался фотосинтез, ни о том, сколько времени продолжалось накопление биогенного кислорода, и цифры, указанные на нашей диаграмме, можно оспаривать.

Когда уровень Юри был превзойден, накопление кислорода в атмосфере пошло, очевидно, довольно быстро, так как кислород еще не расходовался на дыхание.

Ранняя жизнь должна была развиваться без вмешательства каких-то не известных нам процессов по экспоненциальному закону, и поскольку интенсивность фотосинтеза при этом все время увеличивалась, возрастание содержания кислорода в атмосфере также должно было идти по экспоненте.

На схеме этот процесс показан прямой линией (Ь-с).

Угол ее наклона, говорящий о скорости накопления кислорода, в действительности может быть совсем другим - ведь он зависит от положения точек Ъ и с, а оно не определено точно.

Другой важный момент в истории атмосферы - повышение содержания кислорода примерно до 0,01 современного, когда начинает действовать эффект Пастера и могут развиться организмы с факультативным дыханием, способные переключаться с брожения на дыхание и обратно .

Мы приняли, что первым свидетельством достижения этого уровня является железорудная формация Соуден, возраст которой оценивается "более чем в 2,7 млрд. лет".

Найденные в ней моле-кулярные ископаемые считаются остатками древних хлорофилло-подобных молекул, свидетельствующими о существовании в то время организмов, способных к фотосинтезу.

Более того, существование полосчатых железорудных формаций указывает, по-видимому, на присутствие в современной им атмосфере небольшого количества кислорода.

Хотя достижение уровня соответствующего точке Пастера, мы отнесли примерно к периоду, отстоящему от нашего времени на 2,75 млрд. лет, что немногим больше минимального возраста железорудной формации Соуден, эта цифра опять-таки занижена.

Ведь не исключено, что сама формация Соуден в действительности значительно древнее, а кроме того, как указывалось в гл. XIII, существуют и другие полосчатые железорудные формации, возраст которых составляет более 3 млрд. лет.

Все же, поскольку пока нет доказательств существования жизни в тот период, я не решился отодвинуть достижение точки Пастера так далеко в прошлое. Впрочем, это изменение вызвало бы лишь сдвиг назад точки, соответствующей появлению органического фотосинтеза, и соответственно сдвиг линии.

Но общие представления о развитии кислородной атмосферы от этого не изменились бы.

Поразительный факт сосуществования в раннем и среднем докембрии неокисленных пиритовых песков (возникавших в посто-рогенные периоды) и частично окисленных полосчатых железорудных формаций (создававшихся в геосинклинальные периоды) по-зволяет утверждать, что в то время содержание кислорода в атмосфере было очень низким, так что эту атмосферу вполне можно назвать бескислородной.

Очевидно, в течение всего этого периода уровень, соответствующий точке Пастера, не был превзойден. Но со временем и этот барьер был преодолен.

Мы приняли, что это случилось после образования золото-урановых "рифов" формации Блайнд-Ривер, но до образования песчаников Дала, самых древних красноцветных толщ. Возраст отложений Блайнд-Ривер оценивается в 1,8 млрд. лет, а песчаников Дала - в 1,45 млрд. лет.

На диаграмме принято, что это событие произошло после пинокинского орогенеза (точка d на фиг 99).

Как уже говорилось, достижение точки Пастера можно считать концом существования первичной бескислородной атмосферы, которую мы предварительно определили как атмосферу с содержанием свободного кислорода не выше 0,01 современного.

При таком содержании Ог неорганический фотосинтез "органических" молекул становится невозможным и, таким образом, кончается сосуществование преджизни с ранней жизнью, продолжавшееся со времени появления ранней жизни (между точками Ъ и с) до точки е, т. е. около 2 млрд. лет.

Дальнейшая эволюция содержания кислорода в атмосфере показана на фиг.99 линией d-е-/-g-h. Принято, что чистый выход кислорода был в это время ниже, чем в более ранний период истории живого, когда кислород еще не расходовался на дыхание.

Далее принято, что содержание кислорода в атмосфере временно снизилось в период гренвиллской складчатости, так как тогда на поверхность Земли были вынесены большие массы неокисленных горных пород и много кислорода ушло на их окисление.

Это пред-положение не основано на прямых доказательствах, оно представляет собой просто одну из возможных моделей того, что происходило в тот период.

Было ли такое снижение содержания кислорода на самом деле, мы не знаем. В какой-то точке линии d-е-/-g-h содержание кислорода достигло такого уровня, что стало возможным появление животных.

Мы знаем, что это произошло еще до начала кембрия ( гл. XII, разд.4), однако точных данных о возрасте древнейших ископаемых животных у нас нет. Вероятно, животные появились только в позднем докембрии; скорее всего они не могли существовать в бескислородной атмосфере.

Но когда появились животные - до или после гренвиллского горообразования,- мы до сих пор не знаем. Нетрудно представить себе, как содержание кислорода постепенно повысилось до 0,1 современного уровня.

Тем самым была достигнута еще одна важная ступень в развитии атмосферы.

При таком содержании кислорода дальний ультрафиолет поглощается атмосферой и жизнь может завоевать сушу.

В это время появилась первая обильная наземная флора, найденная в силуре (0,44 млрд. лет назад). Надо полагать, что выход жизни на сушу повлек за собой повышение чистой продукции свободного кислорода.

Поэтому участок кривой g-h изображен более крутым, чем участки d-е и /-g.

Кислород быстро накапливался, так что его содержание стало превышать современный уровень, что доказывается рядом палеонтологических свидетельств, например существованием в верхнем каменноугольном периоде (около 0,3 млрд. лет назад) огромных насекомых.

Очевидно, атмосфера была тогда богаче кислородом, чем сейчас. Затем содержание кислорода в атмосфере, видимо, колебалось в периоды герцинской и альпийской складчатости, оставаясь, впрочем, близким к современному уровню.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №15  СообщениеДобавлено: 04 дек 2013, 08:47 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
История атмосферной двуокиси углерода

Восстановить историю двуокиси углерода еще труднее, чем историю атмосферного кислорода.

Во-первых, здесь мы не находим регулирующих механизмов, какие известны для кислорода, и, следовательно, не можем представить себе, как изменялось содержание двуокиси углерода в атмосфере. Мы можем лишь набросать кривую этого изменения так, как она нам представляется.

Спады и подъемы уровня содержания СО2 должны почти зеркально отражать изменения содержания кислорода . Очевидно, содержание двуокиси углерода и в атмосфере, и в океанах должно было возрастать в орогенные периоды и снижаться в геосинклинальные периоды.

Сведений об абсолютных значениях уровня СО2 в различные эпохи мы не имеем, и цифра 10 PAL должна рассматриваться как весьма спорная.

По мнению Л. Силлена (личное сообщение, ), геохимические соображения не позволяют принять столь высокое содержание СОг: в этом случае на морском дне откладывались бы иные минералы, чем те, что мы находим теперь в осадочных породах морского происхождения.

открыть спойлер
Далее, в каждый следующий геосинклинальный период снижение уровня СОг, по-видимому, было более значительным, чем в предыдущий, так как биомасса фотосинтезирующих организмов неуклонно росла и с ней росло потребление двуокиси углерода.

Поэтому наклон каждого последующего отрезка кривой (1-2, 3-4 и т. д.) сделан все более крутым.

В то же время поступление двуокиси углерода из недр, как принято считать, было примерно одинаковым во все орогенные периоды. Ось ординат на фиг.99 градуирована по логарифмической шкале, поэтому отрезки 2-3, 4-5 и т. д.имеют разную длину.

Мы не можем хотя бы качественно оценить такие факторы, как размах вулканической активности и объем СОг, выделившейся из недр за время какого-либо орогенического цикла.

Поэтому поступление СОг за один цикл условно принято равным 3PAL.

Самое существенное в истории атмосферной двуокиси углерода - то, что в конце каждого геосинклинального периода уровень СО2 был, по-видимому, минимальным.

Поэтому можно предположить, что в какой-то момент длительного геосинклинального периода между гренвиллским и каледонским орогенезами уровень содержания двуокиси углерода опускался ниже современного.

Это могло способствовать образованию фосфатных и известковых раковин у морских организмов, а появление таких раковин, как известно, относится к началу кембрия, т. е. к палеозою.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 17 ]  На страницу 1, 2  След.

Текущее время: 12 дек 2017, 16:21

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

Вы не можете начинать темыВы не можете отвечать на сообщенияВы не можете редактировать свои сообщенияВы не можете удалять свои сообщенияВы не можете добавлять вложения
Перейти:  

 

 

 

cron