Кысень: історія того, без чого не бируєме жыти

Знає ся казати, ож наша планета „дыше“ хащами, бо дерева забирают угльокыслый ґаз (діоксид карбона, вадь як го ищи знают по-розумному называти: CO₂) и выдают кысень (O₂) — айбо за сив популарнов метафоров не все ся замічают важні нюансы. Кысень ся хоснує тыми такой ростинями на дыханя — у процесі, котрый ся кличе клітинным дыханьом, они, як и мы, выхосновуют кысень и продукуют угльокыслый ґаз; кысень иде и на розкладаня останкув, горіня.

Ипен позад сякых процесув, як тото не чудно, Амазонська хаща — метафоричні „легкі планеты“ — за нето-продукованьом кысню выходит почти в нулу, як и другі його выробникы. Не задарь уровень кысня в атмосфері планеты ся доста стабілно держит у районі 21%, за котрі майже сьте дашто чули у ошколі. Айбо тото так было не фурт!

„Безкысньовый“ період Землі

Ищи дас 3.5–2.7 млрд рокув теперь у атмосфері Землі почти не было кысня. Основныма ґазами ся обставали азот, угльокыслый ґаз, водяна пара а метан. У тот час уся жывотина была у воді, и юй не требало кысня про екзістованя. Айбо зачали ся появляти ціанобактерії, фітопланктоны, котрі хосновали воду на фотосинтез, и побучным продуктом сього процеса быв кысень: ун не попадав у атмосферу, а вступав у реакцію з другыма речовинами. Приміром, реакція кысню з желізом давала оксиды желіза, котрі осідали на дно океанув и пак ся перечиньовали на желізну руду — завто теперь на планеті тулко много покладув желізної руды червеного цвіта.

Кысньова катастрофа

Дас 2.4 млрд рокув теперь у атмосфері Землі и мільчади (мілкуй воді) яла рости концентрація слобудного кысню, котрый ся вырабляв мікроорґанізмами через фотосинтез — сесь період ся сохтує называти Кысньова катастрофа (вадь Великоє окысленя, анґл. Great Oxidation Event, GOE). Дас 2.06 млрд рокув теперь Кысньова катастрофа ся кунчила, айбо повышеня уровня кысня в атмосфері лишило по собі читавый слід.

Метан, котрый доміновав у атмосфері планеты сперед Кысньовов катастрофов, читаво нагрівав Землю (бо задержовав сонячноє тепло), но коли його вытіснив кысень, ґлобална температура нагле впала. Так ся став єден из майстарых у історії ледовых періодув. Окрем того, молекулы кысня (O₂) пуд дійов ултрафіолета перечиньовали ся на озон (O₃). Мікроорґанізмы могли выжыти лем у океані, бо вода защищала їх уд ултрафіолета — айбо поява озонового слоя, котрый тоже спирав ултрафіолет, дала возможность жывоту вылізти з воды. Уровень кысню в тот час быв усе щи читаво малый, аж руняти з днешньым: на конець Кысньової катастрофы вун чинив максимум 10% уд теперішньої концентрації в атмосфері.

Тогдышня жывотина была анаеробнов — што значит, ож она не потребовала кысню про єствованя и руст (даже наспак, дуже многі тогдышні анаеробні орґанізмы неґативно реаґовали на кысень вадь такой уд нього умирали). Удсі и маєме назывку „Кысньова катастрофа“ — зміна концентрації кысню в атмосфері стала причинов вымираня многых видув тых часув. Айбо вєдно з вымираням прийшов новый ступляй еволуції: подакотрі орґанізмы ся адаптовали тай зачали хосновати кысень на метаболізм.

Лудный міліард

По Кысньовуй катастрофі ся зачав Лудный міліард — період межи дас 1.8 и 0.8 млрд рокув теперь, бігом котрого, як пудказує його назывка, не ставало ся ниякых вызначных подій: йому характерна тектонічна стабілность, кліматична стаза и помалый біолоґічный розвуй. Кысень ся обставав на стабілнум уровни (дас 5–18% уд теперішнього),¹ в океані выросла концентрація сіры (позад домінантности бактерій, котрі ї продуковали вмісто кысня), котра реаґовала з кысньом так само, як сперед тым желізо; а орґанічні споєня ся яли май мало „прятати“ в осаді на днови, а значит розкладовали ся и тоже втяговали кысень. У резултаті выробленя а хоснованя кысню ся зачали компензовати.

Неопротерозойськоє окысленя

У період 850–540 млн рокув теперь уровень кысня изась зачав рости (дас до 50% уд теперішнього), ун дустав назывку Неопротерозойськоє окысленя. Його основнов причинов быв розпад гіпотетичного суперконтинента Родинія. Силні текточні зсувы выводили навон базалты вєдно з фосфором. Фосфор ся розтікав по ріках и попадав у океан, де послужив файным добривом, вдяку котрому нагле выросла концентрація планктона у воді. Булше ростин — булше кысня. Як и у період сперед сим, замулені орґанічні споєня не могли ся розкласти, а значит ся не хосновав и пуднимав ся у атмосферу кысень. Ги бігом Кысньової катастрофы прирост кысня в атмосфері стимуловав розвуй жывых орґанізмув: появили ся перві звірі. Само собов, они вызирали не так, ги тоты, котрі видиме днесь — тото были перві многоклітинні орґанізмы. Айбо почти всьый жывут у сесь період продовжовав жыти лем у воді.

Пік концентрації кысню

350 млн рокув теперь на Земли уровень кысня быв на свому пікови: 35% уд усьої атмосферы и 1.5 раз булшый ги є теперь. Сьому помогли ґіґантські мочаристі хащі. Фактично, такой наземні ростины збулшили концентрацію кысню, котрый пак помагав їм дале рости. Тогды їм не было конкуренції, бо щи не жыли травоїдні звірі, а остаткы почти не гнили, бо щи не было бактерій, котрі бы їх розкладовали. Приміром, лепідодендрон (Lepidodendron)² — майвелика ростина сього періоду — рус до 50 метрув у высоту! Руст сих мочаристых лісув вылучив хмару угльокыслого ґазу з атмосферы.

Бігом карбона (ґеолоґічного періода межи дас 358–298 млн рокув теперь) зафіксовано много видув аеробных овадув, многоног и паукоподобных, подакотрі з котрых выростали до ґіґантськых розмірув аж руняти з їхньыми днешньыми родичами. Наприклад, далекый предок сучасної стоногы, руд артроплевра (Arthropleura) знав выростати до 2.6 метрув у довготу — тото майвеликі знамі нам наземні безхребетні за вшытку історію! Руд овадув меґаневра (Meganeura), котрый подабав на сучасну бабку, муг мати розмах крыл дас 65–75 сантиметрув — тото майвеликый знамый нам літавучый овад!³

Інтересно, што довгый час была популарна гіпотеза (высунута щи у 1911. році французом Едваром Арли), ож меґаневра бировала літати лиш позад высокого обсягу кысня у атмосфері и завто з часом вымерла. Айбо май сучасні зглядованя кладут исю гіпотезу за корелацію помежи розміром карбоновых овадув и тогдышньым уровньом кысню пуд сомнів. У гіпотезі Арли найшли шор протирічностий: наприклад, она ся закладала на гадці, ож овады активно не дыхали, котра, указало ся, не удповідала реалности; у пермськый період (298–251 млн рокув теперь), кой уровень кысня быв многым май низькый, тоже екзістовали дуже читаві овады, наприклад из ряда Meganisoptera из розмахом крыл 45 сантиметрув; Едвард П. Снеллінґ и його колеґы у 2026. році на основі аналіза трахеол (дыхалных трубочок у овадув) тоже вчинили выслідок, ож такый ґіґантизм у овадув ся не ограничовав специфіков їхнього дыханя.

Ишов час, клімат став май сухым, появив ся вшылиякый другый жывут, тай вцілови кам май дале, тым май булше Земля подабала на тоту планету, на котруй жыєме теперь. Перепады клімата ся май стабілізовали, спозад чого за послідні 60 млн рокув уровень кысня тоже ся держит удносно стабілно пиля 21% уд усьої атмосферы.

Днесь

На днешньый день майпродуктивными „постачателями“ кысня сут океаны — а май точно фітопланктоны, котрі подля шацовань научникув продукуют дас 50–80% кысня на Земли. Айбо теперь, на удлику уд далекої минулости, його не є надміру, бо океан, як и хотькотрый біом (тямите, на зачаткови йшла бесіда за Амазонську хащу?), хоснує го тулко, кулко выділят. Кысень треба звірьці и ростинам, обы дыхати, и їхньым остаткам — обы ся розкладовати.

Ясно, ож теперішньый уровень кысня не є домак статичный. У 2016. році америцькый зглядовач Деніел Столпер и його команда, проаналізовавши застрявшый у арктичному ледови воздух, дуйшли д выслідкови, ож за послідні 800,000 рокув уровень кысня в атмосфері упав на 0.7% — на першый позур, тото звучит страшно, айбо, як обяснив Столпер, така зміна за такый часовый удрізок є дуже незначна у масштабі екосистемы.

На діаґрамі указана приблизна динаміка гаданых діапазонув концентрації кысня у земнуй атмосфері (зафарбленоє синьым) уд 3.8 млрд рокув теперь и до днесь. Час условно поділеный на пять дарабув:

Дараб I (~3.8–2.4 млрд рокув теперь): O₂ в атмосфері практично не є.

Дараб II (~2.4–1.85 млрд рокув теперь): Кысньова катастрофа, пуднятя уровня кысню в атмосфері до значіня в дас 2–4%.

Дараб III (~1.8–0.8 млрд рокув теперь): Лудный міліард; значных змін уровня O₂ не є.

Дараб IV (~0.8–0.5 млрд рокув теперь): Неопротерозойськоє окысленя, уровень кысня зась иде дгорі.

Дараб V (~0.5 млрд рокув теперь – днесь): пік (до 35%), падіня тай стабілізація концентрації кысня у атмосфері Землі до днешнього уровня дас 21%.

Што буде дале

Учені кажут: за пару стороч уровень кысня годен упасти, айбо людство того не дуже замітит. Даякі май ґлобалні переміны ся начнут через булш ги міліард рокув. Сонце фурт стає май горячым и выділят булше світла и тепла, того озоновый слуй из часом пропаде, и вєдно из тым ся уменшит и обсяг фотосинтеза; в резултаті Земля зась ся верне ид історичным, май низькым уровням кысня. Но ци застанеме тот момент мы? Майже ніт.