Зменшення озонового шару

Сучасна киснева атмосфера Землі – унікальне явище серед планет Сонячної системи, і ця її особливість пов’язана з наявністю на нашій планеті життя. Про те, якою могла бути первинна атмосфера, можна судити по складу атмосфери інших планет, а він досить добре вивчений за допомогою сучасних астрофізичних методів. Крім азоту, що становить більшу частину і сучасної атмосфери, в первинній атмосфері Землі містилися вуглекислий газ і окис вуглецю, метан, ціаністий водень, аміак, водень і, зрозуміло, пари води. Вільний кисень в нікчемною концентрації був присутній, мабуть, тільки у верхніх шарах атмосфери, де він виникав внаслідок часткового розкладання води під дією жорстких випромінювань і швидко зв’язувався знову. Складалася з відновлених речовин і з’єднань, первинна атмосфера в цілому володіла відновними властивостями.

В умовах відновної атмосфери і відсутності розчиненого кисню у воді первинного океану з органічних речовин, синтезованих в результаті фізико-хімічних процесів на поверхні остигає планети, близько 4 мільярдів років тому виникло життя. Тільки тоді, коли в процесі еволюції в первинному океані виникли перші організми, здатні до фотосинтезу, почалося перетворення атмосфери, оскільки газообмін між повітрям і водою йшов по всій величезній поверхні океану, в якому кишіли мікроскопічні водорості. Однак, хоча при відновленні вуглецю і водню в процесі фотосинтезу виділяється 2,67 м. кисню на кожен грам вуглецю, що увійшов до складу органічної речовини, при мінералізації речовин, що складають організм водорості, після її загибелі весь вуглець знову окислюється, пов’язуючи рівно стільки кисню, скільки його було виділено при фотосинтезі. Сумарна реакція фотосинтезу, що йде у зворотному напрямку, являє собою сумарну реакцію дихання (див. статтю “Хімічні реакції”), в якій енергія (Е), поглинена при фотосинтезі у формі світловий, виділяється при диханні у формі хімічної (енергія «макроергічних» зв’язків аденозинтрифосфату) і частково розсіюється у формі теплової.

6С02 + 6Н20 + С6Н12О6 + 602

Вільний кисень може накопичуватися в атмосфері тільки за умови, що частина виникає при фотосинтезі і як завгодно перетвореного (наприклад, що увійшов до складу тіл тварин) органічної речовини не розкладається знову, а відкладається, ізолюється від взаємодії з киснем. Величезні запаси викопних органічних речовин – вугілля, рідких і газоподібних вуглеводнів, що накопичувалися в осадових породах протягом більш ніж 2 мільярдів років, і є з’єднання відновлених елементів, «відірваних» фотосинтезом рослин від кисню, поступово накапливавшегося при цьому в атмосфері.
З тих пір як атмосфера Землі перестала бути відновної і в ній з’явився вільний кисень, у верхніх шарах атмосфери під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця став синтезуватися озон – трьохатомний кисень. На відміну від звичайного кисню озон нестійкий, він легко переходить в двоатомні, стійку форму кисню. Озон – набагато сильніший окислювач, ніж кисень, і це робить його здатним вбивати бактерії, пригнічувати ріст і розвиток рослин (див. статтю “Окислення і відновлення”). Втім, за його низької в звичайних умовах концентрації в приземних шарах повітря ці його особливості практично не впливають на стан живих систем. Набагато важливіше інше його властивість, що робить цей газ абсолютно необхідним для всього життя на суші. Це властивість – здатність озону поглинати жорстке (короткохвильове) ультрафіолетове випромінювання (УФ). Кванти жорсткого УФ володіють енергією, достатньою для розриву деяких хімічних зв’язків, чому його відносять до іонізуючим випромінюванням. Як і інші випромінювання цього роду, рентгенівське і гамма-випромінювання, воно викликає численні порушення в клітинах живих організмів.

У складі випромінювань Сонця, жорсткі УФ-промені становлять значну за потужністю частину. До появи в атмосфері озону поверхню Землі перебувала під постійним впливом жорсткого УФ-випромінювання. Воно не проникає в товщу води, але на сушу життя могла вийти тільки тоді, коли озоновий екран планети став досить потужним. Це сталося в силурийском періоді палеозойської ери, понад 400 мільйонів років тому. З тих пір як вміст кисню в атмосфері, так, отже, і потужність озонового екрану не були постійними. Еволюція земної кори йшла нерівномірно, в періоди підвищеної вулканічної активності маси викидаються з магмою відновлених порід, окисляючись на повітрі, частково пов’язували кисень. Навіть незначна кількість хлору, що міститься у вулканічних газах, активно руйнуючи озон, сприяло зниженню його вмісту в атмосфері. У цих умовах Земля піддавалася, мабуть, посиленого УФ-опромінення, що, з одного боку, сприяло загибелі частини видів наземних рослин і тварин, з іншого – підвищувало частоту мутацій, сприяючи інтенсифікації процесів еволюції.
Можна, таким чином, припускати, що нерівномірність ходу еволюційних процесів наземних форм життя пов’язана з нерівномірністю геологічної еволюції земної кори багатьма факторами, в числі яких зміни потужності озонового шару грали не останню роль.

ПОДІЛИТИСЯ: