Голямото кислородно събитие (GOE) е моментът в геоложката история, когато в атмосферата на Земята започва да се натрупва значително количество свободен кислород. Причината е развитието и разпространението на цианобактерии, които извършват фотосинтеза и отделят кислород като страничен продукт. Важно е да се направи разграничение: процесът на кислородопроизводяща фотосинтеза вероятно е възникнал още преди около 3 и повече милиарда години, но самият преход към атмосфера, богата на свободен кислород — класическият GOE — е най-ясно изразен около преди 2,4–2,0 милиарда години, с последващи фази на допълнително окисление по-късно в археан-протерозойския преход и в необъодния Неопротерозой (приблизително преди 800–540 млн. години).

Причини

Основните причини за GOE са:

  • Производство на кислород чрез фотосинтеза. Цианобактериите и други фотосинтезиращи организми произвеждат O2 при използване на слънчевата енергия.
  • Поглъщащи сокове (редукти). Преди натрупването на кислород, свободният O2, който е бил произвеждан, се „изяждал“ химически от разтворени вещества и от органичната материя. На първо място това е било разтвореното желязо (Fe2+), което се окислява и образува железеноксид. Желязото е било много разтворимо в ранните океани и в резултат на това са се образували големи отлагания — ивичести железни скали — типични за архейската и протерозойската ера.
  • Намаляване на реактивните редукти. Когато голяма част от разтвореното желязо и друга редуцирана материя са се окислили и вече не са могли да „уловят“ допълнителния кислород, излишният O2 е започнал да се натрупва в океана и атмосферата — това е същинската фаза на GOE.

Геоложки и геохимични доказателства

Основните доказателства за GOE включват:

  • Отложения от ивичести железни скали, които показват масовото окисление на разтворено желязо в океаните.
  • Промени в сулфурните изотопи — загубата на масово-независима (MIF) фракциониране на сярата около времето на GOE е силен маркер за повишаване на атмосферния O2, тъй като такива изотопни сигнали могат да се образуват само при силно редуцирани (безкислородни) условия.
  • Изчезването на детритни (носени от вятъра или реките) минерали като пирит и уранинит от седиментите след време преди/по време на GOE — знак за по-интензивно окисление на повърхността.
  • Появата на „червени“ седименти (red beds) и увеличение на сулфатите в океаните — индикатори за по-голямо количество кислород и окисляване на континентите.

Последици за климата и живота

GOE е бил критичен биогеохимичен преврат с редица последици:

  • Масово въздействие върху анаеробните организми. Високите концентрации O2 са били токсични за много от тогавашните анаеробни обитатели. Цианобактериите, които образували строматолити, променяли локалните условия и конкурирали други протисти; много анаероби са изчезнали или са се приспособили към окислителната среда.
  • Промяна в парниковия ефект. Атмосферният метан, силен парников газ, реагира с кислорода и се разгражда. Намаляването на метана вероятно е довело до значително охлаждане и е свързано с ранни снежни епизоди, включително хуронското заледяване, което се смята за един от най-продължителните и тежки заледявания в историята на Земята.
  • Еволюционни възможности. Свободният кислород позволил развитието на аеробно дишане, което има много по-голям добив на енергия от анаеробните метаболизми. Това е създало условия за по-сложни клетки и метаболитни мрежи — фактор, който вероятно е подпомогнал появата и еволюцията на еукариотите и в дългосрочен план мултиклетъчните организми (точната хронология и причинно-следствените връзки са обект на активни изследвания).
  • Защита от ултравиолетовата радиация. Кислородът довел до образуването на озоновия слой в стратосферата, който намалява интензитета на ултравиолетовото лъчение и улеснява по-късното колонизиране на сушата от живи организми.

Хронология и несигурности

Точните дати и скоростта на кислородното нарастване са все още предмет на дебат. Общата картина показва, че производство на O2 чрез фотосинтеза е започнало рано (възможно преди ~3.0 милиарда години), но атмосферното нарастване (GOE) настъпва по-ясно около 2,4–2,0 милиарда години. След това следват по-късни и частични „вълни“ на окисление, особено в Неопротерозоя, които довеждат до още по-високи нива на кислорода преди Кембрийското разнообразяване.

В обобщение: Голямото кислородно събитие е ключов поврат в историята на Земята — преминаване от редуцирана към частично окислена планетарна система. То е резултат от биологична активност (фотосинтез) и от изчерпване на химичните „уловители“ на O2, а последиците му — от промени в климата до фундаментални трансформации в биосферата — оформят условията за живота, какъвто го познаваме днес.