Oksigen fəlakəti

Oksigen fəlakəti və ya Oksigen böhranı — Paleoproterozoy dövründə, 2.4 milyard il əvvəldən 2.1–2.0 milyard il əvvələ qədər Yer atmosferində və ilkin okeandakı oksigenin birdən-birə artdığı dövrdür.^[1] Geoloji, izotopik və kimyəvi dəlillər molekulyar oksigenin (O²) Yer atmosferində toplanmağa başladığını^[2] və nəticədə bunun Yer kürəsindəki demək olar ki, bütün canlıların məhv olmasına səbəb olduğunu göstərir.^[3] Oksigen istehsal edən sianobakteriyalar, çoxhüceyrəli həyat formalarının sonrakı inkişafına imkan verdi.^[4]

Oksigen fəlakətinə gətirən xronologiya sərbəst oksigenin əvvəlcə prokariot, sonra isə okeandakı eukariot orqanizmlər tərəfindən istehsal olunduğunu göstərir. Bu orqanizmlər fotosintezi daha səmərəli şəkildə həyata keçirir, tullantı məhsulu olaraq oksigen istehsal edirdilər.^[5][6] İlk oksigen istehsal edən sianobakteriyalar hadisədən əvvəl,^[5][7] 2.7–2.4 milyon il, bəlkə də daha əvvəl yaranmış ola bilər deyə düşünülür.^[1][8][9] Bununla birlikdə, oksigenli fotosintez səthi mühitdə oksigen yığılmasına imkan yaratmaq üçün oksigendən ayrılmalı olan üzvi karbon istehsal edir, əks halda oksigen üzvi karbonla reaksiyaya girir və yığılmırdı. Üzvi karbonun, sulfidin və tərkibində qara dəmir (Fe²⁺) olan mineralların

çöküntüsü oksigen yığılmasında əsas amildir.^[10] Məsələn, üzvi karbon oksidləşmədən məhv olarsa oksigen atmosferdə qalır. Ümumilikdə, üzvi karbon və piritin çürüməsi bu gün ildə 15.8 ± 3.3 T mol (1 T mol 10¹² mol) oksigen deməkdir. Bu, qlobal oksigen mənbələrindən O₂ axını yaradır.

Oksigenin dəyişmə sürətini qlobal dəyərlərlə artım arasındakı fərqdən hesablamaq olar.^[11] Oksigen mənbəyinə vulkanlardan azalmış qazlar və minerallar, metamorfizm və havalar daxildir.^[11] Oksigen fəlakəti oksigen axının digər reduksiyadeici qaz axınlarını üstələməsi ilə başladı.^[12]

Okeanlardakı həll olmuş dəmir O₂ mənbələrinə nümunə ola bilər. Bu müddət ərzində sərbəst oksigen dəmirin (${\displaystyle {\ce {Fe}}}$ və ${\displaystyle {\ce {Fe^2+}}}$) suda həll olunmayan maqnetitə (${\displaystyle {\ce {Fe^2+Fe2^3+O4}}}$) çevirilməsi ilə istehsal edilirdi və qalıq Qərbi Avstraliyada tapılanlar kimi dəmir birləşmələrindən zolaq yaratmaq üçün dayaz dənizlərin dibinə batırdı.^[12] Bu proses 50 milyon il və ya daha uzun çəkirdi.^[13] Fotosintez dərəcəsi və üzvi çürümə dərəcəsi də oksigenin yığılma sürətinə təsir göstərir. Quru bitkiləri Devon dövründə qitələrə yayıldıqda daha çox üzvi karbon çürüntüsü əməmlə gəldi və ehtimal ki, daha yüksək O₂ səviyyəsinin meydana gəlməsinə icazə verildi.^[14] Bu gün bir O₂ molekulunun istehlak edilməmişdən əvvəl havada keçirdiyi orta vaxt təxminən 2 milyon ildir.^[15] Yaşayış müddəti geoloji zamana nisbətən daha qısadır — buna görə də Fanerozoyda atmosferdəki O₂ səviyyəsini heyvan həyatı üçün uyğun olan hüdudlarda qala bilmədi. Nəticədə atmosferdə oksigen yığılmağa başlandı və bunun iki böyük nəticəsi oldu:

• Birincisi, oksigen atmosferdəki metanı (güclü istixana qazı) karbon qazına (daha zəif) və suya qədər oksidləşdirdi. Bu, Yer atmosferinin istixana effektini zəiflətdi və planetin soyumasına səbəb oldu. Nəticədə yer kürəsində buz dövrünün hakim olduğu 2.45–2.22 milyard il əvvəldən^[16][17][18] sonra Yer yenidən soyudu. Cənubi Afrikada 2,22 milyard il əvvəl dördüncü bir buzlanma baş verdi. Geoloji dəlillər bəzi ərazilərdə buzun dəniz səviyyəsinə çatdığını və Cənubi Afrika hadisəsinin aşağı enliklərdə baş verdiyini irəli sürdü.^[19]
• İkincisi, artan oksigen konsentrasiyası bioloji şaxələnmə üçün yeni bir fürsət, habelə süxurlar, qum, gil və digər geoloji substratlarla Yerin havası, okeanlar və digər səth suları arasındakı kimyəvi təsirlərin təbiətindəki möhtəşəm dəyişiklikləri təmin etdi. Təbii üzvi maddələrin təkrar emalına baxmayaraq, oksigenin geniş yayılmasına qədər həyat enerjidən məhdud idi. Məsələn, mitoxondri Oksigen fəlakətindən sonra inkişaf etdi, orqanizmlərə getdikcə daha mürəkkəb ekosistemlərdə qarşılıqlı təsir göstərən yeni, daha mürəkkəb bir morfoloji istifadə üçün enerji verdi. Baxmayaraq ki, bu dəyişikliklər gec Proterozoy və Kembriyə qədər görünmədi.^[20]

Bu hadisəni izah etmək üçün bir neçə fərziyyə təklif edilimişdir:

Bəzi insanlar Oksigen böhranının oksigen mənbəyinin artması səbəbindən olduğunu düşünürlər. Fərziyələrdən birinə görə hadisən fotosintezin bir-başa nəticəsidir. Buna baxmayaraq əksər elm adamları oksigenin uzunmüddətli artmasının hadisəyə daha çox səbəb ola biləcəyini düşünürlər.^[21]

Artan axın fərziyyəsindən fərqli olaraq, Oksigen fəlakətini izah etmək üçün digər elementlərin azalmasını istifadə etməyə çalışan bir neçə fərziyyə də mövcuddur. Fərziyyələrdən biri təklif edir ki, vulkanik qazların tərkibi daha çox oksidləşmişdir.^[10] Digər bir fərziyyə təklif edir ki, metamorfik qazların azalması böhranın əsas səbəbidir. Metamorfik proseslər zamanı yaranan hidrogen və metan da zamanla Yer atmosferindən itirilir və qabığını oksidləşdirir.^[22] Hidrogenin Yerdən kosmosa axması Yer kürəsini oksidləşdirmiş ola bilər, çünki hidrogen itkisi prosesi oksidləşmə prosesinə əsaslanır.^[22]

Erkən orqanizmlər, ehtimal ki, metan istehsal edirdi və bu hadisənin səbəbi ola bilərdi. Çünki metan Ultrabənövşəyi şüaların iştirakı ilə karbon qazı (CO ₂) və suya parçalanır. Müasir metanogenlər (metan istehsal edən orqanizmlər) istehsal üçün nikel tələb edir. Yer qabığı soyuduqca və vulkanik nikel tədarükü azaldıqca, oksigen istehsal edən yosunlar metan istehsalçılarını təsirsiz hala gətirdi və atmosferin oksigen nisbəti durmadan artdı.^[23] 2.7–2.4 milyon il əvvəllər arasında nikelin çökmə sürəti sabit bir şəkildə bugünkü səviyyəsindən 400 dəfə aşağı düşdü.^[24]

Böyük Oksige hadisəsi mineralların müxtəlifliyində partlayıcı bir böyüməyə səbəb oldu, bir çox element Yer səthinə yaxın bir və ya daha çox oksidləşmiş formada meydana gəldi.^[25] Bu gün Yer kürəsində tapılan 4500 növ mineraldan 2500-nin Oksigen böhranı nəticəsində yarandığı təxmin edilir. Bu yeni mineralların əksəriyyəti mantiyanın hərəkəti və yer qabığındakı proseslər nəticəsində nəmlənmiş və oksidləşmiş formalar şəklində tapılır.^[26]

Antarktida, Friksel gölündə aparılan bir tədqiqat işində, tədqiqatçılar, oksigen istehsal edən sianobakteriyaların qalın buzlar altında, başqa bir oksigensiz mühitdə bir-iki millimetr qalınlığında maye oksigen olan nazik bir təbəqə yarada biləcəyini müəyyən etdilər. Beləliklə, oksigen atmosferdə toplanmağa başlamazdan əvvəl, bu orqanizmlər, ehtimal ki, oksigenə uyğunlaşa bilmiş ola bilərdilər.^[27][28] Nəticədə oksigen istehlak edən aerob orqanizmlərin təkamülü oksigenin mövcudluğunda tarazlıq yaratdı. Sərbəst oksigen indiyədək atmosferin vacib bir tərkib hissəsidir.

Qədim mikroaləmdə sianobakteriaların fotosintezi səbəbiylə oksigen səviyyəsindəki artımın ətrafdakı biota üçün çox zəhərli olduğu və bu dəyişimin arxey nəslinin təkamül çevrilməsi nəticəsində eukariotların yaranmasına gətirib çıxardığı düşünülür. Bu əcdadlar artıq ctüləşmiş DNT-yə və bəlkə də bir növ hüceyrə mexanizmə sahib olmuş ola bilərlər. Beləliklə, eukaryotik cinsin təkamülü və eukaryogenez, ehtimal ki, DNT-nin inkişafında ayrılmaz proseslər idi.