Woher kommt atmosphärischer Sauerstoff?
Die Erdatmosphäre besteht aus ungefähr 78% Stickstoff und 21% Sauerstoff mit Spuren anderer Gase. Sauerstoff ist für alle tierischen Leben und für viele andere Organismen von wesentlicher Bedeutung. Da das Gas von Lebensformen mit Sauerstoff atmen und auch mit vielen Gesteinen und Mineralien reagiert, muss es ständig aufgefüllt werden. Etwa 98% des atmosphärischen Sauerstoffs stammen aus der Photosynthese, durch den Pflanzen Zucker aus Kohlendioxid und Wasser produzieren. Der Rest ergibt sich aus der Trennung von Wasser durch ultraviolette Strahlung.
Photosynthese
Pflanzen und einige Bakterien verwenden Photosynthese, um Lebensmittel in Form von Zucker und anderen energierreichen Substanzen herzustellen. Wasser und Kohlendioxid werden vom Organismus aufgenommen, und Sonnenlicht bietet Energie, die den Prozess versorgt. Sauerstoff ist ein sehr nützliches Nebenprodukt. Soweit Wissenschaftler wissen, sind der Sauerstoffgehalt auf der Erde seit mehreren hundert Millionen Jahren ziemlich stabil geblieben. Dies zeigt andass die Sauerstoffproduktion durch Photosynthese mehr oder weniger durch ihren Verbrauch durch andere Prozesse wie Sauerstoffatmung oder aeroben Lebensformen und chemische Reaktionen ausgeglichen wurde.
Die Quellen des atmosphärischen Sauerstoffs durch Photosynthese sind Phytoplankton wie Cyanobakterien im Meer sowie Bäume und andere grüne Pflanzen an Land. Der Betrag, den jede Quelle beiträgt, diskutiert: Einige Wissenschaftler schlagen vor, dass mehr als die Hälfte von Ozeanen stammt, während andere die Zahl näher an ein Drittel bringen. Es ist klar, dass die Zahlen je nach Lebensgewogen auf der Erde über geologische Zeit schwankten. Als sich die Atmosphäre zum ersten Mal entwickelte, trug Cyanobakterien den größten Teil des Sauerstoffs bei.
Der Anstieg des Sauerstoffspiegels
Es wird angenommen, dass zunächst von Cyanobakterien erzeugte Sauerstoff verwendet wurde, um mit Eisen in Böden, Steinen und dem Ozean zu reagieren.Bildung von Eisenoxidverbindungen und Mineralien. Geologen können in der Antike die Sauerstoffmenge in der Atmosphäre schätzen, indem sie sich die Arten von Eisenverbindungen in Gesteinen ansehen. In Abwesenheit von Sauerstoff neigt Eisen dazu, sich mit Schwefel zu kombinieren und Sulfide wie Pyrite zu bilden. Wenn es jedoch vorhanden ist, brechen diese Verbindungen jedoch zusammen und das Eisen verbindet sich mit Sauerstoff und bildet Oxide. Infolgedessen zeigen Pyrite in alten Gesteinen einen niedrigen Sauerstoffgehalt an, während Oxide auf das Vorhandensein von signifikanten Mengen des Gases hinweisen.
Sobald der größte Teil des verfügbaren Eisen mit Sauerstoff kombiniert war, konnte sich das Gas in der Atmosphäre ansammeln. Es wird angenommen, dass vor etwa 2,3 Milliarden Jahren der Niveau von einer winzigen Spur auf etwa 1% der Atmosphäre gestiegen war. Die Dinge schienen dann für einen langen Zeitraum auszugleichen, da sich andere Organismen entwickelten, um Sauerstoff zu verwenden, um durch die Oxidation von Kohlenstoff Energie zu liefern und Kohlendioxid zu produzieren (CO 2 ). Sie erreichten dies durch das Essen von kohlenstoffreichem organischen Pflanzenmaterial, eitihr lebender oder tot. Dies schuf ein Gleichgewicht, wobei die Sauerstoffproduktion durch Photosynthese durch den Verbrauch durch Sauerstoff-Atemorganismen übereinstimmt.
Es scheint, dass die Photosynthese allein aufgrund dieses Gleichgewichts den anfänglichen Anstieg des Sauerstoffs nicht erklären kann. Eine Erklärung ist, dass einige tote organische Substanzen im Schlamm oder in einem anderen Sediment begraben wurden und aeroben Organismen nicht zur Verfügung standen. Diese Angelegenheit konnte sich nicht mit atmosphärischem Sauerstoff kombinieren, sodass nicht alle erzeugten Elemente auf diese Weise aufgebraucht wurden, sodass die Ebenen steigen können.
Irgendwann später in der Geschichte der Erde stieg der Sauerstoffgehalt dramatisch auf ihr gegenwärtiges Niveau. Einige Wissenschaftler glauben, dass dies vor rund 600 Millionen Jahren passiert sein könnte. Um diese Zeit traten sehr viele relativ große, komplexe und mehrzellige Organismen auf, die einen viel höheren Sauerstoffgehalt erfordert hätten. Es ist jedoch nicht klar, was diese Änderung verursacht hat. Interessanterweise trat es auf, als die Erde aus einem massiven Eis a hervorgingGe, währenddessen der größte Teil des Planeten mit Eis bedeckt.
Eine Theorie ist, dass die Wirkung von Gletschern beim Fortschreiten und Rückzug die Rock reich an Phosphor und die große Mengen davon in die Ozeane freigab. Phosphor ist ein wesentlicher Nährstoff für Phytoplankton, daher hat dies möglicherweise eine Explosion dieser Lebensform verursacht. Dies würde wiederum zu einer erhöhten Produktion von Sauerstoff führen, wobei wahrscheinlich sehr wenig Landbasis es verbraucht. Nicht alle Wissenschaftler stimmen dieser Theorie jedoch zu, und ab 2012 bleibt das Problem ungelöst.
Bedrohungen des atmosphärischen Sauerstoffspiegels
Eine Studie hat gezeigt, dass der Sauerstoffspiegel zwischen 1990 und 2008 insgesamt um etwa 0,0317% zurückging. Dies wird hauptsächlich auf das Verbrennen fossiler Brennstoffe zurückgeführt, die Sauerstoff in der Verbrennung aufbauen. Der Rückgang ist jedoch geringer als erwartet, da die Menge an fossilen Brennstoffen in diesem Zeitraum verbrannt wurde. Eine Möglichkeit bestehtRTilizers hat ein schnelleres Pflanzenwachstum und mehr Photosynthese gefördert, was den Verlust teilweise kompensiert. Es wird geschätzt, dass alle fossilen Brennstoffreserven der Welt verbrannt werden würden, sondern nur einen sehr geringen direkten Einfluss auf den Sauerstoffgehalt.
Entwaldung ist ein weiteres Bedenken der Bevölkerung. Obwohl die Zerstörung großer Regenwaldgebiete viele andere schwerwiegende Umwelteffekte aufweist, wird es als unwahrscheinlich angesehen, dass die Sauerstoffspiegel signifikant reduziert werden. Neben Bäumen und anderen grünen Pflanzen unterstützen Regenwälder eine ganze Reihe von Lebensdauer von Sauerstoff. Es scheint, dass diese Wälder insgesamt nur sehr wenig zum atmosphärischen Sauerstoffgehalt beitragen, da sie fast so viel Sauerstoff konsumieren, wie sie produzieren.
Eine schwerwiegendere Bedrohung kann die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf Phytoplankton sein, die nach einigen Quellen den größten Beitrag zum globalen Sauerstoffgehalt leisten. Es besteht die Sorge, dass ein erhöhtes Kohlendioxid in der Atmosphäre durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe mak machen könnteE Die Ozeane wärmer und saurer, was die Menge an Phytoplankton verringern könnte. Ab 2012 sind die Beweise unklar, da verschiedene Arten von Phytoplankton unterschiedlich beeinflusst werden. Einige mögen die Anzahl abnehmen, während andere schneller wachsen und photosynthetisieren.