మహా ఆక్సిజనీకరణ ఘటన

వికీపీడియా నుండి
Jump to navigation Jump to search
భూ వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ పెరగడం. ఆకుపచ్చ, ఎరుపు గీతలు అంచనాల రేంజి. కాలం బిలియను సంవత్సరాల్లో. ఎరుపు, అకుపచ్చ గీతలు అంచనాల రేంజిని సూచిస్తాయి. కాలాన్ని బిలియన్ సంవత్సరాల క్రిందట (బి.సం.క్రి.) గా సూచించారు
స్టేజ్ 1 (3.85–2.45 బి.సం.క్రి.): వాతావరణంలో అక్సిజన్ అస్సలు లేనేలేదు. సముద్రాల్లో కూడా చాలావరకు oceans అయితే పెద్దగా లోతు లేని చోట్లమాత్రం కొద్దిపాటి అక్సిజన్ ఉండి ఉంటుంది. 
స్టేజ్ 2 (2.45–1.85 బి.సం.క్రి.): ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తి అయింది. దీని స్థాయి 0.02 - 0.04 atm వరకూ పెరిగింది. అయితే ఇది సముద్రాల్లోను సందుర గర్భ శిలల్లోనూ కరిగిపోయింది.
స్టేజ్ 3 (1.85–0.85 బి.సం.క్రి.): ఆక్సిజన్ సముద్రాల నుండి పైకి ఉబికి రావడం మొదలైంది. అయితే ఇది నేల తలంలో కరిగిపోయింది. ఆక్సిజన్ స్థియిల్లో పెద్దగా మార్పేమీ లేదు.
స్టేజ్ 4, స్టేజ్ 5 (0.85–వర్తమానం): ఆక్సిజన్ సింకులు నిండిపోయి, వాతావరణంలో పేరుకుపోయింది.[1]

భూమి పుట్టినపుడు అక్కడ వాతావరణం లేదు. వాతావరణం ఏర్పడినపుడు అందులో ఆక్సిజన్ దాదాపుగా లేదు. అనేక కోట్ల సంవత్సరాల తరువాత వాతావరణం లోకి ఆక్సిజన్ చేరడం జరిగింది. జీవసంబంధ చర్యల ద్వారా భూ వాతావరణంలోకి పెద్దయెత్తున ఆక్సిజన్ చేరడాన్ని మహా ఆక్సిజనీకరణ ఘటన అంటారు. ఈ ఘటన ప్రారంభాన్ని మహా ఆక్సీకరణ ఘటన అని (GOE అని, ఆక్సిజన్ మహావిపత్తు అని, ఆక్సిజన్ సంక్షోభం అని, ఆక్సిజన్ మారణహోమం అని,[2] ఆక్సిజన్ విప్లవం అని, మహా ఆక్సీకరణం అనీ) శాస్త్ర వైజ్ఞానిక మీడియాలో అంటారు.[3] భూవైజ్ఞానిక, ఐసోటోపిక్, రసాయనిక ఋజువుల ప్రకారం ఈ మహా వాతావరణ మార్పు 245 కోట్ల సంవత్సరాల కిందట (2.45 బి.సం.క్రి.) సైడీరియన్ పీరియడ్లో, ప్రోటెరోజోయిక్ ఇయాన్ ప్రారంభంలో జరిగింది[4]. ఆక్సీకరణ ఘటన కారణంగా అప్పట్లో విలసిల్లిన ఎన్నో జీవరాశులు అంతరించిపోయాయి. ఈ ఘటనకు కారణాలేంటో స్పష్టంగా తెలీదు.[5]

230 కోట్ల సంవత్సరాల కిందట మాక్రోస్కోపిక్ రూపంలోకి మారిన సముద్రంలోని సయనోబ్యాక్టీరియా (ఆక్సీకరణ ఘటనకు సుమారు 20 కోట్ల సంవత్సరాల ముందు),[6] కిరణజన్యుసంయోగక్రియ ద్వారా ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తి చేసిన తొట్టతొలి మైక్రోబ్‌లని భావిస్తున్నారు.[7]

సయనోబ్యాక్టీరియా ఆక్సిజన్‌ను ఉత్పత్తి చెయ్యగానే ఈ ఘటన మొదలు కాలేదు. ముందు ఉత్పత్తి అయిన అక్సిజన్‌ను సముద్రంలోని ఇనుము, ఆర్గానిక్ పదార్థం వగైరాలు కరిగించేసుకున్నాయి. ఆ విధంగా ఐరన్ ఆక్సైడు తయారైంది. ఈ ఆక్సిజన్ భోక్తలు ఆక్సిజన్‌తో సంతృప్తమయ్యాక, సయనోబ్యాక్టీరియా ఉత్పత్తి చేసిన ఆక్సిజన్ వాతావరణంలోకి విడుదల అవడం మొదలై, మహా ఆక్సీకరణ ఘటనకు దారితీసింది. ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తిలో పెరుగుదల భూమి వాతావరణ సమతుల్యతను ఛేదించింది.[8] ఆబ్లిగేట్ ఎనరోబిక్ జీవులకు ఆక్సిజన్ విషతుల్యం. ఆక్సిజన్ పెరుగుదల అటువంటి జీవరాశులను చాలావరకు నాశనం చేసి ఉండవచ్చు. కాబట్టి భూమి చరిత్రలో అత్యంత ప్రముఖమైన మహావినాశనాల్లో ఒకదానికి సయనోబ్యాక్టీరియా కారణమైంది. సముద్రంలోని సయనోబ్యాక్టీరియాతో పాటు నేలపై కూడా సయనోబ్యాక్టీరియా ఉన్నట్టు ఋజువులున్నాయి.

కొంత కాలానికి, ఆక్సిజన్‌ను గ్రహించి జీవించే ఏరోబిక్ జీవరాశులు ఉద్భవించి అభివృద్ధి చెందడంతో వాతవరణంలో ఆక్సిజన్ సమతుల్యతా స్థాయికి చేరింది. అప్పటి నుండి వాతావరణంలో స్వేచ్ఛా ఆక్సిజన్ ఒక ప్రధాన భాగమైపోయింది.[9]

కాలనిర్ణయం[మార్చు]

ఆక్సిజన్‌ను ఉత్పత్తి చేసినది తొలుతగా ప్రోకర్యోట్లు, తరువాత యూకర్యోట్లు అని విస్తృతాభిప్రాయంగా ఉంది. ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తి చేసే తొట్టతొలి జీవరాశులు ఆక్సీకరణ ఘటన కంటే చాలా ముందే[10] -బహుశా 340 కోట్ల సంవత్సరాల నాడే- ఉద్భవించాయి.[11][12]

సయనోబ్యాక్టీరియా: భూవాతావరణంలో ఆక్సిజన్ పెరుగుదలకు కారణం

ఇవి ఉత్పత్తి చేసిన ఆక్సిజన్ ఇనుము వంటి ఖనిజాల్లోకి చేరి వాటి ఆక్సీకరణకు కారణమై, ఖర్చై పోయింది. ఆవిధంగానే భూమి పొరల్లోని ఐరన్ ఆక్సైడు ఏర్పడింది. ఖనిజాల ఆక్సీకరణ పూర్తయ్యాక, అంటే అవి ఆక్సిజన్ను భక్షించడం ఆగిపోయిన తరువాత, ఉత్పత్తి అయిన ఆక్సిజన్ వాతావరణంలోకి చేరుకుని, 5 కోట్ల సంవత్సరాల కల్లా మహా అక్సీకరణ ఘటనకు దారితీసింది.[13] ఆక్సిజన్ పోగవడం చాలా వేగంగా జరిగి ఉంటుంది: వర్తమాన కాలంలో కిరణజన్యుసంయోగక్రియ జరిగే వేగంతో (ప్రికాంబ్రియన్ కాలం నాటికంటే ప్రస్తుతం దీని వేగం ఎంతో ఎక్కువ) ఇప్పటి ఆక్సిజన్ స్థాయికి చేరుకోవడానికి 2,000 ఏళ్ళు చాలు.[14]

మరొక భావన ప్రకారం, వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ పోగుపడటానికి కొద్ది మిలియన్ సంవత్సరాలకు ముందే ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తి చేసే జీవులు ఉద్భవించాయి. ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తి చేసే జీవుల పరిణామానికి ఆక్సిజన్ స్థాయి పెరగడానికీ మధ్య ఉన్న కాలాంతరాన్ని వివరించాల్సిన అవసరం ఈ భావనతో పోయింది.

కారణమేమైనప్పటికీ, వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ పోగుపడడం మొదలవడం మాత్రం జరిగింది.

కాలాంతర సిద్ధాంతం[మార్చు]

కిరణజన్యుసంయోగక్రియ ద్వారా అక్సిజన్ ఉత్పత్తి కావడానికి, 250-240 కోట్ల సంవత్సరాల కిందట వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ స్థాయి పెరగడానికీ మధ్య 90 కోట్ల సంవత్సరాల దాకా సమయం పట్టినట్టుగా తెలుస్తోంది. ఈ కాలాంతరాన్ని వివరించేందుకు అనేక పరికల్పనలు చేసారు.

టెక్టానిక్ ట్రిగ్గర్[మార్చు]

ఇనుము పొరలు కలిగిన 210 కోట్ల ఏళ్ళ నాటి  శిల

వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ స్థాయి పెరగడానికి టెక్టానిక్ ప్లేట్ల కారణంగా భూమిలో కలిగిన మార్పుల వలన ఆలస్యమైంది.[15] కొత్తగా ఉత్పత్తి అవుతున్న ఆక్సిజన్, సముద్రాల్లో జరిగిన అనేక రసాయనిక మార్పుల కోసం, ముఖ్యంగా ఇనుము కోసం, ఖర్చైంది. పురాతన శిలాజాల్లో ఇనుప పలకలు ఉండటం ఈ భావనకు ఊతమిచ్చింది. టెక్టానిక్ ప్లేట్లు ఒకదానినొకటి గుద్దుకొన్నపుడు ఆ ఒత్తిడికి భూమి నుండి పర్వత శ్రేణులు ఉబికి వచ్చి మహాఖండాలు ఏర్పడేవి. వాటినుండి సయనోబ్యాక్టీరియాకు అవసరమైన పోషకాలు సముద్రాల్లోకి విడుదలయ్యేవి. సయనోబ్యాక్టీరియా ఆవిధంగా వృద్ధి చెంది మరింత ఆక్సిజన్‌ను ఉత్పత్తి చేసేవి.[16]

నికెల్ కరువు[మార్చు]

తొట్టతొలి కెమోసింథటిక్ జీవరాశులు మీథేన్‌ను ఉత్పత్తి చేసి ఉండవచ్చు. ఈ మీథేన్ ఆక్సిజన్‌తో చర్య జరిపి కార్బన్ డయాక్సైడును, నీటిని విడుదల చేస్తుంది. ఈ చర్య కోసం నికెల్ ఎంజైము కోఫ్యాక్టరుగా పనిచేస్తుంది. భూమి చల్లబడటంతోను, అగ్నిపర్వతాల నుండి వచ్చే నికెల్ సరఫరా తగ్గిపోతూండటంతోనూ మీథేన్‌ను ఉత్పత్తి చేసే జీవరాశుల కంటే ఆక్సిజన్‌ను ఉత్పత్తి చేసే జీవరాశులు పెరిగిపోవడంతో వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ శాతం స్థిరంగా పెరిగిపోయింది.[17] 270 - 240 కోట్ల సంవత్సరాల నుండి, నికెల్ స్థాయి ఇప్పటి కంటే 400 రెట్లు ఉన్న స్థాయి నుండి క్రమంగా పడిపోతూ వచ్చింది.[18]

బైస్టెబిలిటీ[మార్చు]

మరో పరికల్పన ప్రకారం, ఆక్సిజన్ సాంద్రత రెండు స్థాయిల్లో స్థిరీకరణ జరిగింది. దీన్ని బైస్టెబిలిటీ అంటారు. నిమ్న స్థాయి సాంద్రత (0.02%) వద్ద మీథేన్ ఆక్సిడేషన్ వేగంగా జరిగి ఉండవచ్చు. ఏ కారణం వల్లనైనా ఆక్సిజన్ ఒక స్థాయి కంటే పెరిగిపోతే, ఓజోన్ పొర ఏర్పడి అల్ట్రా వయొలెట్ కిరణాలను అడ్డుకొని మీథేన్ ఆక్సిడేషన్ వేగం పడిపోయి ఉంటుంది. దీంతో ఆక్సిజన్ సాంద్రత స్థాయి 21% కంటే ఎక్కువగా పెరిగి ఉంటుంది. ఈ విధంగా, మహా ఆక్సిజనీకరణ ఘటన నిమ్న ఆక్సిజన్ స్థాయి నుండి ఉచ్ఛ ఆక్సిజన్ స్థాయికి చేరే ప్రస్థానంగా చెప్పవచ్చు.[19]

హైడ్రోజన్ వాయువు[మార్చు]

మరొక పరికల్పన ప్రకారం, హైడ్రోజన్ వాయువును అణచి పెట్టి, ఆక్సిజన్‌ను పెంచే సయనోబ్యాక్టీరియా ఉద్భవించి ఉండవచ్చు.

ప్రాచీన సముద్రాల్లోని ఈ బ్యాక్టీరియా నీటిని హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్‌లుగా విడగొట్టి ఉండవచ్చు. సూర్యరశ్మి కారణంగా హైడ్రోజన్ మాలిక్యూల్‌లు ఆర్గానిక్ కాంపౌండ్లలో చేరి ఉండవచ్చు. ఈ చర్యలో ఆక్సిజన్ విడుదలై ఉంటుంది. హైడ్రోజన్ కలిగిన కాంపౌండ్లు సముద్రం అడుక్కు చేరగా ఆక్సిజన్ వాతావరణంలో పోగుపడి ఉంటుంది.

అయితే, మీథేన్ ఫొటోలిసిస్ అనే చర్య ద్వారా హైడ్రోజన్ అంతరిక్షంలోకి వెళ్ళిపోయి ఉండవచ్చని 2001 లో శాస్త్రవేత్తలు గుర్తించారు. ఈ చర్యలో మీథేన్ ఆక్సిజన్‌తో చర్య జరిపి హైడ్రోజన్‌ను విడుదల చేస్తుంది. భూమి తొలినాళ్ళలో ఆక్సిజన్‌ను ఉత్పత్తి చేసే జీవరాశులకు అనుకూలమైనంత వేడిగా ఎందుకు ఉండేదో ఈ చర్య తెలియజేస్తుంది.[20]

పర్యవసానాలు[మార్చు]

మహా ఆక్సిజనీకరణకు రెండు ముఖ్యమైన పర్యవసానాలున్నాయి.

మొదటిది, బలమైన గ్రీన్‌హౌస్ వాయువైన మీథేన్‌ను ఇది ఆక్సీకరించి, కార్బన్ డయాక్సైడు గాను (ఇది బలహీనమైన గ్రీన్‌హౌసు వాయువు) నీరు గాను మార్చింది. దీంతో భూవాతావరణంలోని గ్రీన్‌హౌస్ ప్రభావం తగ్గి, భూమి చల్లబడటానికి, తద్వారా హ్యురోనియన్ గ్లేసియేషనుకు దారితీసింది. 240 కోట్ల సంవత్సరాల కిందట మొదలైన ఈ గ్లేసియేషను 30-40 కోట్ల సంవత్సరాల పాటు కొనసాగింది. బహుశా భూమి చరిత్రలో ఇది అతి దీర్ఘమైన మంచుబంతి కాలం అయి ఉంటుంది.[21][22]

రెండవది, ఆక్సిజన్ పరిమాణం పెరగడం కొత్త జీవరాశుల ఉద్భవానికి, విస్తృతికీ దోహదం చేసింది. శిలలు, ఇసుక, బంకమట్టి మొదలైన వాటికి, గాలి, సముద్రాలు, ఇతర జలరాశులకూ మధ్య పరస్పర రసాయనిక చర్యలకు కూడా దారితీసింది. 

గ్లేసియేషన్ల కాలరేఖ - నీలం రంగులో.

ఇవి కూడా చూడండి[మార్చు]

మూలాలు[మార్చు]

  1. Holland, Heinrich D. "The oxygenation of the atmosphere and oceans". Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological Sciences. Vol. 361. 2006. pp. 903–915.
  2. Margulis, Lynn; Sagan, Dorion (1986). "Chapter 6, "The Oxygen Holocaust"". Microcosmos: Four Billion Years of Microbial Evolution. California: University of California Press. p. 99. ISBN 9780520210646.
  3. Sosa Torres, Martha E.; Saucedo-Vázquez, Juan P.; Kroneck, Peter M.H. (2015). "Chapter 1, Section 2 "The rise of dioxygen in the atmosphere"". In Peter M.H. Kroneck and Martha E. Sosa Torres (ed.). Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences. 15. Springer. pp. 1–12. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_1.
  4. Zimmer, Carl (3 October 2013). "Earth's Oxygen: A Mystery Easy to Take for Granted". The New York Times. Retrieved 3 October 2013.
  5. "University of Zurich. "Great Oxidation Event: More oxygen through multicellularity." ScienceDaily. ScienceDaily, 17 January 2013".
  6. Flannery, D. T.; R.M. Walter (2012). "Archean tufted microbial mats and the Great Oxidation Event: new insights into an ancient problem". Australian Journal of Earth Sciences. 59 (1): 1–11. Bibcode:2012AuJES..59....1F. doi:10.1080/08120099.2011.607849.
  7. The Rise of Oxygen - Astrobiology Magazine (in en-US). URL accessed on 2016-04-06.
  8. University of Zurich. "Great Oxidation Event: More oxygen through multicellularity." ScienceDaily. ScienceDaily, 17 January 2013.
  9. Frei, R.; Gaucher, C.; Poulton, S. W.; Canfield, D. E. (2009). "Fluctuations in Precambrian atmospheric oxygenation recorded by chromium isotopes". Nature. 461 (7261): 250–253. Bibcode:2009Natur.461..250F. doi:10.1038/nature08266. PMID 19741707. Lay summary.
  10. Dutkiewicz, A.; Volk, H.; George, S. C.; Ridley, J.; Buick, R. (2006). "Biomarkers from Huronian oil-bearing fluid inclusions: an uncontaminated record of life before the Great Oxidation Event". Geology. 34 (6): 437. Bibcode:2006Geo....34..437D. doi:10.1130/G22360.1.
  11. Caredona, Tanai (6 March 2018). "Early Archean origin of heterodimeric Photosystem I". Elsevier. doi:10.1016/j.heliyon.2018.e00548. Retrieved 23 March 2018.
  12. Howard, Victoria (7 March 2018). Photosynthesis Originated A Billion Years Earlier Than We Thought, Study Shows.. Astrobiology Magazine. URL accessed on 23 March 2018.
  13. Anbar, A.; Duan, Y.; Lyons, T.; Arnold, G.; Kendall, B.; Creaser, R.; Kaufman, A.; Gordon, G.; Scott, C.; Garvin, J.; Buick, R. (2007). "A whiff of oxygen before the great oxidation event?". Science. 317 (5846): 1903–1906. Bibcode:2007Sci...317.1903A. doi:10.1126/science.1140325. PMID 17901330.
  14. Dole, M. (1965). "The Natural History of Oxygen". The Journal of General Physiology. 49 (1): Suppl:Supp5–27. doi:10.1085/jgp.49.1.5. PMC 2195461. PMID 5859927.
  15. Lenton, T. M.; H. J. Schellnhuber; E. Szathmáry (2004). "Climbing the co-evolution ladder". Nature. 431 (7011): 913. Bibcode:2004Natur.431..913L. doi:10.1038/431913a. PMID 15496901.
  16. American, Scientific. "Abundant Oxygen Indirectly Due to Tectonics". Scientific American. Retrieved 2016-04-06.
  17. American, Scientific. "Breathing Easy Thanks to the Great Oxidation Event". Scientific American. Retrieved 2016-04-06.
  18. Kurt O. Konhauser; et al. (2009). "Oceanic nickel depletion and a methanogen famine before the Great Oxidation Event". Nature. 458 (7239): 750–753. Bibcode:2009Natur.458..750K. doi:10.1038/nature07858. PMID 19360085.
  19. Goldblatt, C.; T.M. Lenton; A.J. Watson (2006). "The Great Oxidation at 2.4 Ga as a bistability in atmospheric oxygen due to UV shielding by ozone" (PDF). Geophysical Research Abstracts. 8: 00770.
  20. Franzen, Harald. "New Theory Explains How Earth's Early Atmosphere Became Oxygen-Rich". Scientific American. Retrieved 2016-04-06.
  21. Robert E. Kopp; Joseph L. Kirschvink; Isaac A. Hilburn; Cody Z. Nash (2005). "The Paleoproterozoic snowball Earth: A climate disaster triggered by the evolution of oxygenic photosynthesis". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (32): 11131–6. Bibcode:2005PNAS..10211131K. doi:10.1073/pnas.0504878102. PMC 1183582. PMID 16061801.
  22. First breath: Earth's billion-year struggle for oxygen New Scientist, #2746, 5 February 2010 by Nick Lane.

బయటి లింకులు[మార్చు]