Studentam.net.ua

Еволюція атмосфери та гідросфери.

   Первісна атмосфера Землі, на думку  більшості  сучасних дослідників, сформувалася із продуктів дегазації мантії ще на протязі так званої місячної стадії розвитку планети і, згідно із цими уявленнями, складалася із водяної пари, двоокису вуглецю, азоту, метану, аміаку, синильної кислоти, сірководню, кислих димів, інертних газів. Вважається також, що вона була безкисневою. Вулканічні гази окутували Землю гарячою оболонкою, яка мала відновні властивості, значно менші від сучасних щільність та потужність. Останні в подальшому поступово зростали.
   Зародження гідросфери відносять десь до рубежа близько 4 млрд. років, коли процеси остигання земної кори та атмосфери просунулись настільки, що конденсована водяна пара почала заповнювати понижені ділянки рельєфу, утворюючи первісні водойми. Доказом існування гідросфери уже в катархеї є виявлені у Гренландії та Південній Африці осадові породи, вік яких оцінюється у 3,8 млрд. років. Склад первісного океану визначався з одного боку розчиненими у його воді атмосферними газами, з іншого - сполуками, що входили до складу гірських порід первісних континентів і зносились поверхневими водами у водойми. Тому в океанічних водах того часу помітну роль відігравали розчинені соляна, плавикова, борна кислоти, сірководень, вуглекислий газ, метан та інші вуглеводні. Відомий вислів академіка О.П.Виноградова: "Всі аніон морської води виникли внаслідок дегазації мантії, а катіони - при вивітрюванні гірських порід". Первісні океани, очевидно, були мілкими. Щодо маси води у них, то у дослідників існують різні точки зору - одні стверджують, що кількість води, яка виділилась при зонній плавці, дорівнювала сучасному об'єму гідросфери, інші вважають , що гідросфера раннього архею містила лише біля 10% об'єму сучасних морів і океанів. До середини архею вода морів поступово дістає  характер  хлоридного  розчину  з невеликою кількістю сульфатів і за відсутності карбонатів. До кінця архею відбувається перетворення води хлоридного типу у хлоридно-карбонатну, що пов'язується із інтенсивним зносом із суші карбонатів, які нейтралізували кислоти і сприяли формуванню перших карбонатних порід. У цей же час в морях починають формуватися своєрідні кременисто-залізисті мули,  перетворені процесами метаморфізму пізніше у джеспіліти.
   До кінця архею проходять значні зміни і в атмосфері - конденсується основна маса пари води, яка іде на поповнення океанів, різко падає вміст кислих димів, аміаку, метану, вуглекислого газу, зростає вміст азоту, появляється у незначній кількості вільний кисень, утворений, очевидно, у верхніх шарах атмосфери процесами фотолізу (розщеплення молекул води під дією ультрафіолетових променів Сонця).
   У протерозої в атмосфері зберігалась тенденція до зростання вмісту азоту та вільного кисню (останній поповнювався за рахунок фотосинтезу первісних рослин), зменшення вуглекислого газу, пари кислот, аміаку, метану, сполук сірки. Основними газами атмосфери стають вуглекислий газ, азот, кисень. У венді (600 млн. років тому) в атмосфері була пройдена так звана точка Пастера, коли вміст кисню становив уже 1% від сучасного. При цьому рівні кисню у атмосфері ряд мікроорганізмів переходять до окисних реакцій при диханні, замість анаеробного бродіння, а також, на думку деяких дослідників, починає формуватися озоновий шар планети, який зменшує згубний вплив на організми жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця. із появою у кінці протерозою поблизу поверхні планети озону, пов'язують екологічний вибух у морях на початку кембрію - масове поширення майже всіх відомих у наш час типів організмів.
   Морська вода до кінця протерозою поступово дістає хлоридно-сульфатно-карбонатний склад, солоність наближається до сучасної, середовище із кислого змінюється нейтральним. Підвищення вмісту сульфатів пояснюють активними вулканічними процесами того часу,при яких відбувається виділення сполук сірки та їх окислення.
   В кембрії атмосфера набувала  киснево-вуглекисло-азотного складу. На протязі ордовика й силуру відбувалося подальше зростання концентрації вільного кисню й зменшення частки СО₂. В середині ордовицького періоду була досягнута так звана точка Беркнера-Маршалла, коли вміст вільного кисню у атмосфері становив уже 10% від сучасної концентрації. Це був той критичний рівень, який назавжди утверджує кисневу атмосферу. Вважають також, що при такому рівні кисню у атмосфері зростає ефективність озонового шару, який формується вже на значних висотах, захищаючи поверхню планети. Остання обставина, очевидно, сприяла початку заселення у силурі суходолу рослинним світом. Сучасний рівень вмісту кисню був досягнутий у атмосфері в середині девонського періоду. В подальшому, однак, концентрація вільного кисню не залишалась постійною.
  Перше різке підвищення вмісту кисню відбулося в девоні і карбоні, при цьому у ранньому карбоні навіть був перевищений сучасний рівень. До кінця палеозою маса кисню в атмосфері зменшується і в кінці пермі - початку тріасу був досягнутий рівень раннього палеозою. Нове зростання кількості кисню починається із середини мезозою і досягає свого піку в кінці юри, після чого спостерігається повільне зменшення його.
   Кисень, як і вуглекислий газ, суттєво впливає на перебіг біологічних процесів, тому вказані коливання його маси у атмосфері фанерозою добре корелюються із еволюцією органічного світу планети. Так, підвищені значення О₂ в девоні - ранньому карбоні відповідають часу розквіту наземної рослинності, коли освоювалися площі тодішніх континентів, процвітав морський фітопланктон. Розвиток арідних умов у пермі та тріасі, спричинив скорочення територій, покритих рослинністю, кількість продуктованого рослинами кисню зменшилось, що не могло компенсувати витрати його на процеси окислення - почалося зменшення його вмісту у атмосфері.
   Концентрація іншого важливого компонента атмосфери - вуглекислого газу на протязі фанерозою також в окремі моменти значно перевищувала сучасну, хоча зберігалась загальна тенденція зниження його вмісту від 0,4 до 0,03%. Епохи максимальної концентрації атмосферного СО₂ характеризуються високим температурним режимом і, навпаки, час різкого зниження вмісту вуглекислоти у атмосфері - це час глобальних похолодань, появи територій із наземним зледенінням. Перше суттєве зниження загального вмісту СО₂ в атмосфері вудбулося, як видно із графіка, у ордовику, що стало, очевидно, однією  із суттєвих причин пізньоордовицького зледеніння. Друге зниження спостерігалося у пізньому карбоні і корелюється із великим гондванським зледенінням. Таке зниження могло бути викликане посиленим споживанням атмосферного СО₂ буйною рослинністю раннього карбону та значними витратами його на утворення карбонатних порід і черепашок молюсків. Останнє значне зниження вмісту СО₂ відбулося у пліоцені; в сучасну епоху вміст СО₂ у атмосфері є мінімальним за всю історію планети.
   Максимуми вмісту СО₂ співпадають із максимумами вулканічної активності Землі, що підтверджує суттєвий вплив на кліматичні умови ендогенних процесів.
   Відомості про концентрацію у ті чи інші періоди фанерозою в атмосфері водяної пари - важливого чинника у формуванні парникового ефекту - у літературі відсутні.

Всі опубліковані на сайті матеріали належать їх авторам. Матеріали розміщено виключно для ознайомлення. Копіювання та використання інформації суворо заборонено.