Ugrás a tartalomhoz

Ökológia

Dr. Horváth Balázs, Pestiné dr. Rácz Éva Veronika (2011)

Az oxidáló bioszféra kialakulása

Az oxidáló bioszféra kialakulása

A fotoszintatizáló élőlények elterjedésével a 6.2. fejezetben bemutatott folyamatoknak köszönhetően a kezdetben oxigént szinte egyáltalán nem tartalmazó légkör ─ és a vizek egyre mélyebb rétegei is ─ jelentős oxigéntartalomra tettek szert. Az akkori élőlények számára ez kezdetben gondot okozott, hiszen oxigénmentes körülményekhez alkalmazkodott, szigorúan anaerob szervezetek voltak. A fotoszintézisük melléktermékeként keletkező elemi oxigén az ő szempontjukból ugyanolyan szennyezőanyag volt, mint nekünk az autók kipufogógázai. A két helyzet között azonban van egy igen jelentős különbség: míg az autók kipufogógázainak koncentrációja mindössze 100 év alatt érte el a mai egészségkárosító szintet (hazánkban évente 5500 ember hal meg a közlekedés okozta légszennyezés miatt), az oxidáló bioszféra kialakulása több százmillió évet vett igénybe (és tart ma is). Az oxigén felszaporodása tehát milliószor lassabban történt, mint a mai szennyező anyagoké, olyan időskálán, amelyen az élőlényeknek bőven volt lehetőségük az alkalmazkodásra.

Az oxidáló bioszférában az élet felgyorsult. Az ózonréteg vastagodása miatt vékonyabb vízréteg is elegendő lett az ultraibolya sugarak kiszűrésére, ezért az élet közelebb költözhetett a víz felszínéhez, ahol az erősebb napsugárzás intenzívebb fotoszintézist tett lehetővé. Az intenzívebb fotoszintézis ugyanakkor az ózonréteg további megerősödését vonta maga után, ami a felszínhez még közelebbi vízrétegek meghódítását tette lehetővé (pozitív visszacsatolás). Az oxigént felhasználó lebontással (légzéssel) felszabaduló nagy energia a heterotrófok sikerességét is jelentősen növelte, és az ózonrétegnek köszönhetően az ő életterük is nőtt. E folyamatok eredményeképp az 1,6 milliárd évvel ezelőttről származó kövületek tanúsága szerint az algák (főként az akkor domináló kékbaktériumok) mennyisége jelentősen megnövekedett.

Az élő biomassza – és a tengerek mélyére süllyedt maradványaik – tömege olyan mértékben felszaporodott, ami a légkör CO2-tartalmának nagymértékű csökkenéséhez vezetett. Ez pedig az üvegházhatás gyengülését, végső soron pedig a globális hőmérséklet csökkenését vonta maga után. A 6.2. fejezetben bemutattunk egy egyszerű negatív visszacsatolásos modellt, amely a Föld hőmérsékletének élőlények számára kedvező intervallumban tartásáról gondoskodott. Ez a gondoskodás azonban korántsem volt tökéletes, előfordulhattak olyan esetek, amikor a hőmérséklet kiszaladt abból a tartományból, aminek kezelésére a rendszer méretezve volt. Valójában legalább két ilyen túllengéses eset játszódott le bolygónkon az elmúlt 700 millió évben. A CO2 fogyása és az üvegházhatás gyengülése miatt a bolygó annyira lehűlt, hogy a sarkok környékén jégtakaró jelent meg. A hó és jég ─ jó fényvisszaverő sajátságánál fogva ─ nagy területeken visszaverte a Nap fényének nagy részét a világűrbe, amivel tovább csökkentette a felszín felmelegedését, és ezzel az üvegházhatást. Ennek hatására további lehűlés következett be ─ ez viszont újabb területek eljegesedését vonta maga után. A pozitív visszacsatolásos folyamat az egész Föld megfagyásához vezetett több száz méter vízmélységig. (Ehhez járult még kezdetben az is, hogy a hideg tengervíz több CO2–ot tudott elnyelni, mint a meleg, így újabb üvegházhatású gázt vont ki a légkörből.)

2. ábra: A Hógolyó Föld állapotot előidéző tényezők öngerjesztő működése

A „Hógolyó Föld” korszak felfedezése az ezredforduló tudományos szenzációja volt. A kutatók valóban azt találták, hogy még az Egyenlítő környékén is hatalmas gleccserek működtek ebben az időszakban, amelyek hordaléka az óceánokban vastag réteget hagyott hátra. Meglepő módon a ─50 °C-os globális hőmérséklet viszonylag hirtelen +50 °C-os hőségbe váltott át (a folyamatot a vulkáni tevékenység CO2–ja és a növekvő hőmérséklettel a légkörbe párolgó, szintén üvegházhatású vízgőz fordíthatta ellentetjére). Hasonló átváltás bolygónk története során legalább még egyszer megtörtént a százmillió éves kritikus időszak alatt. Az élővilág mindkét végpontban szinte teljesen kipusztult a Földről. A nagy hideg nemcsak a biokémiai folyamatok lelassításával hatott gátlóan az életre, hanem az eredményeképpen kialakuló vastag jégpáncél a vízi szervezetek fotoszintézisét és a heterotrófok légzését is lehetetlenné tette, mivel elzárta az oxigént tartalmazó légkörtől a vizet. Ilyen körülmények között zömmel csak a kemoautotróf élőlények, a hőforrások életközössége és a felszínközeli jégben élő kékbaktériumok maradhattak fenn. Innen indult bolygónk élővilága újra robbanásszerű fejlődésnek mintegy 600 millió évvel ezelőtt.