Атмосферное давление на древней Земле было в два раза ниже современного. Атмосфера древней земли

Какой была атмосфера Земли в древние времена?

Американские ученые решили провести исследования над следами дождевых капель, которые остались с древних времен в пепле вулкана. Прежде всего, проведенный анализ показал, что возраст обнаруженных капель составляет 2,7 млрд. лет. Руководителем экспедиции был Санжой Сом, он заверил всех, что при помощи имеющихся следов можно узнать всю информацию о атмосфере тех времен, кроме этого, появляется возможность пойти в поиски внеземной жизни, используя полученные данные. Идея касаемо исследования возникла не спроста, самой главной причиной было новое определение атмосферного давления. По мнению ученых его величина приравнивается концентрации атмосферного газа. Поэтому, чтобы узнать какой была атмосфера Земли 2,7 млрд. лет назад, перед Санжоем и компанией прежде всего стояла задача определить каким было давление на нашей планете в те времена. Следи дождевых капель хорошо сохранили данную информацию.

Всего для исследования было взято 955 капель, ученые сделали замеры каждой из них и воссоздали всю картину происходящего в 3D плоскости. Отметим, что следы были найдены в ЮАР. Таким образом, исследователи виртуально скидывали дождь с 20-метровой высоты в определенный лоток, который был наполнен вулканическим пеплом, взятым из одного исландского вулкана. Во время расчетов бралась во внимание теория, согласно которой с увеличением давления сопротивление летящих капель становится всё большим.В процессе проведения эксперимента ученые все-таки смогли измерить давление, которое воздействовало на атмосферу много лет назад. По словам ученых оно было всего лишь в 2 раза большим, чем сегодня. Теперь имея новые данные, метеорологи смогут внести некие коррективы в модель климата древних времен, также узнать какой именно газ преобладал в земной атмосфере. Тот факт, что Солнце воздействовало на Землю на 20-25% слабее, ученые знали, теперь у них есть данные, свидетельствующие о существовании дождей, океанов и рек. Только сразу же возникает вопрос по поводу источника тепла. Скорее всего, энергию предоставляли парниковые газы, но точную информацию можно получить лишь во время углубленного исследования.

Если вам надо принять канефрон, прежде проконсультируйтесь с врачом, в крайнем случае вам поможет инструкция к таблеткам канефрон, прочитав ее Вам многое станет понятно.

Если Вам понравилась наша энциклопедия или пригодилась информация на этой странице поделитесь ею с друзьями и знакомыми - нажмите одну из кнопок соц сетей внизу страницы или вверху, ведь среди кучи ненужного мусора интернете достаточно сложно найти действительно интересные материалы.

Источник изображения: NASA's Marshall Space Flight Center's buddy icon N

planete-zemlya.ru

Атмосферное давление на древней Земле было в два раза ниже современного

Трудно вообразить себе тему более манящую, но и менее доступную для изучения, чем начало земной жизни. Основную проблему здесь составляет не недостаток идей, а редкость надежных материальных свидетельств тех давно минувших эпох. Речь идет об архее, то есть о временах примерно 3,8–2,7 млрд лет назад. С тех пор мало что уцелело в бурной истории планетарных преобразований. Тем ценнее те твердые крупицы фактической информации, на основе которых можно строить здание проверяемых гипотез. Новый блок такой информации использовали ученые из Вашингтонского университета вместе с коллегами из Университета Западной Австралии и Музея природы и науки в Денвере (США) для реконструкции древнейшей атмосферы Земли. Их выводы заставляют серьезно пересмотреть или, по крайней мере, задуматься о принятом на сегодня гипотетическом портрете древней Земли.

Эта команда уже несколько лет занимается изучением архейских отложений в районе Пилбара (Pilbara) в Австралии. В данном случае они работали с породами формации Бунгал (Boongal Formation). Возраст этих отложений оценивается как поздний архей, то есть 2,75 млрд лет. Это вполне интересный возраст: атмосфера планеты в этот период не слишком далеко ушла от своего состояния в начале земной жизни. По крайней мере, до старта кислородной революции оставалось еще 300 миллионов лет.

В формации Бунгал имеются вулканические слои, местами, как показывают особенности их строения, формировавшихся в прибрежной морской полосе. Для геологов это означает, что лавовые языки застывали на земной поверхности, а не под землей или под толщей воды на океаническом дне, и на нулевой высоте над уровнем моря, а не на километровом вулканическом кратере. Именно такие участки древних ландшафтов и подбирали ученые для решения задачи об измерении атмосферного давления. При прочих неизвестных параметрах — сомнительно реконструированные вышележащие слои земных пород, или глубина океана, или высота над уровнем моря — задача решалась бы в лучшем случае с большим допуском, а скорее, не решалась бы вовсе. Но для подобранных палеоландшафтов этими факторами можно было пренебречь.

Материальной основой для реконструкций послужили следы газовых пузырьков, захваченных лавовыми потоками из атмосферы при застывании. Естественно, за миллиарды лет от самой атмосферы в этих пузырьках практически ничего не осталось. Они заместились элементами материнской породы и вторичными минералами, превратившись в пятна другого цвета, состава и текстуры. Но при этом сохранилась неизменной их круглая форма. Если бы сама порода деформировалась или по тем или иным причинам испытывала дополнительное давление, то пузырьки бы сплющились, появились бы микротрещины. А раз нет ни того, ни другого, значит и размер пузырьковых пятен не изменился за долгую историю преобразований пород. Следовательно, опираясь на размер пятен, можно рассчитать и то давление, при котором они образовались. Размер пузырьков на поверхности лавы контролируется только атмосферным давлением, а с увеличением глубины лавового потока к атмосферному давлению прибавляется давление самого лавового материала. У поверхности пузырьки больше, внизу — меньше. Зная разницу в размерах пузырьков на разных глубинах и параметры вулканического материала, определяющего давление в толще потока, можно оценить атмосферное давление. Этот метод уже был с успехом опробован для измерения атмосферного давления на разных высотах над уровнем моря для более молодых вулканических отложений Турции и Китая.

Итак, вот размер пузырьков в разных слоях вулканического базальта, вот мощности вулканических слоев с пузырьками, вот плотность расплавленного базальта. Из этих данных легко высчитывается давление древней атмосферы: 0,23±0,23 атм. Оценить достоверность столь низких значений непросто. Но ученые сослались на свои предыдущие заключения (S. M. Som et al., 2012. Air density 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil raindrop imprints), которые были сделаны на основе изучения следов древних дождевых капель, сохранившихся примерно в тех же архейских слоях. При известном романтическом настрое можно вообразить, как в безветрии падают на черный пепел капли дождя, покрывая его оспинами мокрых лунок, в воздухе пахнет нашатырной свежестью, метановое безмолвие нарушается визгливым перестуком капель. Эта древнейшая инталия, запечатанная слоями тонкой пыли, навсегда сохранила в каменном прошлом память о том дожде.

Но сухие физические выкладки оставляют за скобками изумление перед природным чудом, принимая в расчет лишь глубину лунок от тех дождевых капель. Их можно измерить, и по этим измерениям оценить скорость падения капель, а зная эту скорость, перейти к плотности атмосферы. Дождевые капли дали величины давления порядка 0,52–1,1 атм, при этом более вероятной ученым виделась нижняя оценка в 0,52 атм, а не верхняя в 1,1 атм. С учетом прежних и новых данных была принята величина в 0,5 атм для атмосферы позднего архея. Низкое атмосферное давление объясняется существенно более низким содержанием в ней азота. В отсутствии кислородного выветривания магматических пород его количество должно быть по крайней мере вполовину меньше, чем в современной атмосфере. Предположительно, азот присутствовал в атмосфере в виде аммиачных и цианистых соединений.

Что дает столь низкое атмосферное давление для реконструкций других, опосредованных, условий на древнейшей Земле? Известно, что в то время на планете существовала текучая, не замерзшая вода, оледенения не было. При низком свечении Солнца — а оно было тогда примерно на 20% бледнее современного — какие-то условия должны были обеспечить сохранение тепла. Считалось, что такими утеплителями могли служить плотная атмосфера, поглощающая инфракрасное излучение, и высокое содержание углекислого газа, обеспечивающего парниковый эффект. Но если атмосферу из этого списка вычеркнуть, то остается только углекислый газ. А его доля в атмосфере, по имеющимся данным, не была настолько высока, чтобы поддержать должный подогрев планеты. Значит, основная роль в этом процессе принадлежала другим парниковым газам, например метану.

Кроме того, низкое атмосферное давление предполагает, что вода закипала при существенно более низкой температуре — 58°С. Значит, скорости и направления химических процессов отличались от современных. Также отличались и скорости фотохимической реакции фракционирования изотопов серы (см. Mass-independent fractionation), протекающие под действием ультрафиолета. По всей вероятности, потребуются новые расчеты масс-независимого фракционирования с подкорректированными атмосферными параметрами. Ведь на них базируется значительная часть рассуждений о климатических условиях и жизни на древней планете.

Источники: 1) Sanjoy M. Som, Roger Buick, James W. Hagadorn, Tim S. Blake, John M. Perreault, Jelte P. Harnmeijer and David C. Catling. Earth's air pressure 2.7 billion years ago constrained to less than half of modern levels // Nature Geoscience. Published online 09 May 2016. DOI: 10.1038/ngeo2713.2) Sanjoy M. Som, David C. Catling, Jelte P. Harnmeijer, Peter M. Polivka, Roger Buick. Air density 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil raindrop imprints // Nature. 2012. V. 484. P. 359–362. DOI: 10.1038/nature10890.

Елена Наймарк

elementy.ru

Атмосфера древней Земли была тоньше, чем сегодня

Почему это имеет значение?

До недавнего времени ученые думали, что располагают достаточными объяснениями так называемому «Парадоксу слабого молодого Солнца», имеющему место быть в ранней истории нашей Солнечной системы. Однако новое исследование может изменить это представление.

Согласно данным исследования, опубликованного в понедельник в журнале Nature Geoscience, около 2,7 миллиарда лет назад земная атмосфера весила вдвое меньше, чем сегодня, В случае подтверждения подобное открытие опровергнет доминирующую на сегодняшний день точку зрения, согласно которой древняя атмосфера была вдвое толще, нежели в наши дни.  Это, в свою очередь, повлечет за собой решение давней научной головоломки, известной как «Парадокс слабого молодого Солнца».

По словам ученых, в то время активность нашего Солнца была примерно на 20 процентов слабее, чем сейчас. А потому солнечные лучи не имели возможности нагревать земную поверхность так же легко.

«Если вы возьмете современную атмосферу Земли и переместите ее на 2,7 миллиарда лет назад, вся планета начнет замерзать», — утверждает ведущий автор исследования Санжой Сом, астробиолог из научно-исследовательского центра Эймса НАСА.

Но геологическая летопись повествует о явных признаках присутствия там жидкой воды. В таком случае тогда что, собственно, не позволяло нашей планете остыть?

Чтобы объяснить этот очевидный парадокс, ученые предположили, что древняя атмосфера Земли разительно отличалась от сегодняшней. Как предполагалось ранее, высокое атмосферное давление наряду со значительным количеством парниковых газов, окутавших Землю, и держали ее в тепле.

Слои на этом 2,7 миллиарда-летнем камне обнаружили доказательства простой жизни на берегу большого озера

Однако пузырьки воздуха, сохранившиеся в скале в древнем лавовом потоке, который изучили исследователи, указывают на то, что около 2,5 миллиардов лет назад была совершенно иная картина атмосферного давления Земли. Для измерения давления воздуха на тот момент, когда прошел поток лавы, ученые исследовали размер пузырьков воздуха, захваченных на  поверхности лавового потока, поскольку их размер напрямую зависит от воздушного давления.

«Мы обнаружили, что атмосфера в те времена была гораздо тоньше и весила менее половины сегодняшней», — пояснил соавтор исследования д-р Катлинг.

По его словам, это открытие вновь подняло вопрос о том, что именно в те далекие тысячелетия сохраняло тепло Земли, которое является обязательным условием для того, чтобы вода могла существовать в жидкой форме.

Поделиться

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

Поделиться

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

mks-onlain.ru

Атмосфера Земли: история появления и строение

Атмосфера Земли — это газовая оболочка нашей планеты. Кстати, подобные оболочки есть практически у всех небесных тел, начиная от планет Солнечной системы и заканчивая крупными астероидами. Состав атмосферы зависит от многих факторов — размера небесного тела, его скорости, массы и множества других параметров. Но только оболочка нашей планеты содержит в себе компоненты, которые позволяют нам жить.

Атмосфера Земли: краткая история возникновения

Считается, что в начале своего существования наша планета вообще не имела газовой оболочки. Но молодое, новообразованное небесное тело постоянно развивалось. Первичная атмосфера Земли образовалась в результате постоянных извержений вулканов. Именно так за много тысяч лет вокруг Земли образовалась оболочка из водяного пара, азота, углерода и других элементов (кроме кислорода).

Поскольку количество влаги в атмосфере ограничено, то ее избыток превращался в осадки — так формировались моря, океаны и прочие водоемы. В водной среде появлялись и развивались первые организмы, заселившие планету. Большинство из них относилось к растительным организмам, вырабатывающим кислород путем фотосинтеза. Таким образом, атмосфера Земли начала наполняться этим жизненно необходимым газом. А в результате скопления оксигена образовался и озоновый слой, которые защищал планету от губительного влияния ультрафиолетовых излучений. Именно эти факторы и создали все условия для нашего существования.

Строение атмосферы Земли

Как известно, газовая оболочка нашей планеты состоит из нескольких слоев — это тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера. Нельзя провести четкие границы между этими слоями — все зависит от времени года и широты участка планеты.

Тропосфера — нижняя часть газовой оболочки, высота которой составляет в среднем от 10 до 15 километров. Именно здесь сосредоточенная большая часть атмосферного воздуха. Кстати, именно тут находится вся влага и формируются облака. За счет содержания кислорода тропосфера поддерживает жизнедеятельность всех организмов. Кроме того, она имеет решающее значение в формировании погоды и климатических особенностей местности — здесь образуются не только облака, но и ветра. Температура падает с высотой.

Стратосфера — начинается от тропосферы и заканчивается на высоте от 50 до 55 километров. Здесь температура с высотой растет. Эта часть атмосферы практически не содержит водяного пара, но зато имеет озоновый слой. Иногда здесь можно заметить образование «перламутровых» облаков, которые можно увидеть только ночью — считается, что они представлены сильно конденсированными водяными каплями.

Мезосфера — тянется до 80 километров ввысь. В этом слое можно заметить резкое падение температуры по мере продвижения вверх. Здесь также сильно развита турбулентность. Кстати, в мезосфере образовываются так называемые «серебристые облака», которые состоят из небольших кристаллов льда — увидеть их можно только ночью. Интересно, что у верхней границы мезосферы воздуха практически нет — его в 200 раз меньше, чем возле земной поверхности.

Термосфера — это верхний слой земной газовой оболочки, в котором принято различать ионосферу и экзосферу. Интересно, что с высотой температура здесь очень резко поднимается — на высоте 800 километров от земной поверхности она составляет более 1000 градусов Цельсия. Ионосфера характеризируется сильно разжиженным воздухом и огромным содержанием активных ионов. Что же касается экзосферы, то эта часть атмосферы плавно переходит в межпланетное пространство. Стоит отметить, что термосфера не содержит в себе воздуха.

Можно заметить, что атмосфера Земли — это очень важная часть нашей планеты, которая остается решающим фактором в появлении жизни. Она обеспечивает жизнедеятельность, поддерживает существование гидросферы (водной оболочки планеты) и защищает от ультрафиолетовых излучений.

fb.ru

Атмосферу древней Земли отравили микробы

Изучение микроорганизмов в горячих источниках Камчатки помогло ученым выяснить состав атмосферы древней Земли. Оказалось, что она содержала большое количество ядовитого угарного газа.

Ученые из Мичиганского университета под руководством профессора Альберта Колмана (Albert Colman) изучали микроорганизмы, которые населяют горячие источники кальдеры Узон. Эта огромная кальдера (ее диаметр достигает десяти километров) находится на Камчатке, на территории Кроноцкого заповедника, и славится разнообразием горячих источников. Колман обнаружил уникальное свойство этих микроорганизмов поглощать и выделять угарный газ.

Древние обитатели кальдеры

Команда профессора Колмана занималась изучением физиологии карбоксидотрофов – анаэробных бактерий, живущих в горячих источниках. Считается, что именно эти живые организмы господствовали на Земле в архее. «Мы изучали микробиологический состав этих источников, предположив, что именно такая среда была первичным местообитанием карбоксилотрофов. Там не было кислорода, а преобладал метан, водород и углекислый газ», -- говорит Колман.

В кальдере Узон ученые обнаружили несколько видов этих микроорганизмов. По словам Колмана, им удалось узнать удивительные подробности их физиологии. Оказалось, что они способны как поглощать, так и выделять ядовитый угарный газ. По мнению ученого, эта их особенность не могла не оказать влияния на состав древней атмосферы.

Атмосферу отравили

В самом начале своей истории атмосфера ранней Земли почти не содержала кислорода. Она состояла из паров воды, углекислого газа, сероводорода, метана. Но в протерозойскую эру примерно 2,4 миллиарда лет назад произошло событие, перевернувшее всю дальнейшую историю Земли – случилась кислородная революция. Тогда атмосфера постепенно стала насыщаться кислородом. «Это очень важный момент в истории Земли. Ведь насыщение атмосферы кислородом позволило развиваться живым организмам», -- говорит Колман.

Карбоксилотрофы, по словам ученого, процветали в эпоху, предшествующую кислородному взрыву. Их способность активно поглощать угарный газ уже была известна. Но оказалось, что они могут и выделять его.

«Наше исследование показывает, что сообщества микроорганизмов нельзя рассматривать только как поглотителей угарного газа. Они и поглощают, и выделяют этот газ -- это такая активная динамичная система», -- говорит ученый. Его расчеты показали, что концентрация угарного газа в атмосфере ранней Земли, до того как произошел кислородный взрыв, достигала одного процента. Это в десятки тысяч раз больше его содержания в современной атмосфере.

Такая среда могла оказаться токсичной для многих других микроорганизмов. Возможно, это существенно замедлило их эволюцию, считает Колман. «Другие микроорганизмы должны были как-то выживать в среде, богатой токсичным угарным газом и приобретать приспособительные черты. А для этого необходимо время», -- говорит ученый.

www.infox.ru

доктор физико-математических наук М. Е. АкопянФотопроцессы первичные и этапы химической эволюцииорганических молекул на Земле

Введение

Материальной жизни основой являются органические соединения, и один из ключевых возникновения вопросов жизни сводится к возможности образования из простых соединений неорганических всё сложных более органических вплоть до полимерных гигантских молекул.

В время настоящее радиоспектроскопическими методами надёжно наличие доказано в космическом пространстве (в газопылевых облаках, кометах и метеоритах) сложных достаточно органических соединений (формальдегид Н2СО, кислота муравьиная НСООН, цианоацетилен НС3N, формамид HCONh3). Поэтому можно считать, уже что в процессе формирования Земли могла она содержать в своём составе и органические соединения. Некоторые учёные таким отводят соединениям происхождения космического решающую роль в происхождении жизни. Однако условия, существовавшие на ранних эволюции этапах Земли (высокая разрушающего плотность молекулы излучения, повышенные температуры), были должны приводить к распаду органических молекул, а не способствовать вовлечению их в реакции более образования сложных органических структур. Поэтому современных большинство теорий включает в качестве первого необходимого этапа протекающие в атмосфере Земли или на её поверхности образования процессы органических соединений из неорганических компонентов атмосферы. Этот химический (абиогенный) возникновения этап сложных соединений органических предшествовал биологическому, после начавшемуся возникновения клеток.

Химический принято этап разделять на два. Сначала из компонентов атмосферы первичной в результате физико-химических накапливались процессов простые молекулы органические (формальдегид, формамид). Когда на Земле достаточно появилось большое таких количество молекул и образовались области локальные с их повышенной концентрацией (в водоёмах, на поверхности твёрдых частиц, льда), возникли условия, в которых за счёт реакций химических стало образование возможным более химических сложных структур, в том числе полимерных: полисахаридов, полипептидов, липидов, порфиринов.

Цель статьи — возможных анализ физико-химических процессов, ответственных за первый химической этап эволюции.

Атмосфера древней Земли

Состав древней атмосферы Земли и её характеристики (полное давление атмосферное и температуру) очень восстановить сложно. Они менялись в процессе эволюции. Поэтому сведения приводимые нельзя установленными считать окончательно, они хотя не противоречат сегодня известным фактам и разработанным моделям в астрономии, геологии, физике и химии.

Земля около образовалась 4,5 лет млрд тому назад в результате вещества концентрации холодной (10–20 К) туманности газопылевой и соударений твёрдых образований космических (планетозималей). Первая атмосфера Земли состояла из наиболее распространённых во Вселенной элементов: водорода и гелия. Эти лёгкие газы из-за силы недостаточной тяжести удерживаться могли только холодной планетой. Но в процессе ядра образования Земли она нагревалась, приводило что к нагреву атмосферы. Примерно через 100–300 млн лет атмосферы температура достигла 800–900 К. При такой водород температуре рассеивается в космическое примерно пространство за 50 тыс. лет (мгновение в геологическом масштабе). Разогрев Земли выделением сопровождался в атмосферу газов, о составе можно которых судить по результатам газовыделения анализов при нагреве пород древних и извержениях вулканов.

Потеря Землёй атмосферы водородной привела уменьшению к давления в ядре, сопровождалось что плавлением пород некоторых и ускорением газовыделения в атмосферу. Диссипация привела водорода к охлаждению атмосферы и поверхности Земли. Сформировавшаяся в результате газовыделения из разогретых атмосфера пород получила название первичной. Большинство учёных считают, она что состояла из ;метана (СН4), аммиака (Nh4) и паров воды. Существуют модели, допускающие присутствие Н2, N2, C02, CO, h3S. В любом первичная случае атмосфера состояла в основном из неорганических соединений.

Отметим некоторые надёжно особенности установленные первичной атмосферы. Во-первых, воды конденсация с образованием могла гидросферы произойти после только остывания поверхности Земли до температуры температуры ниже кипения воды. По оценкам, произошло это около 4 млрд тому лет назад и объём воды на поверхности не превышал 0,1 объёма современных океанов. Во-вторых, в первичной практически атмосфере отсутствовал свободный кислород, появился который только возникновения после простейших жизни форм около 3 млрд тому лет назад.

Возможные источники энергии

Преобразование в стабильных условиях молодой Земли молекул неорганических в органические требует энергии. Источниками энергии на стадии синтеза абиогенного могли электромагнитное служить излучение Солнца, излучение ионизирующее космоса, распад радиоактивный нестабильных изотопов элементов, входящих в состав земной коры, разряды электрические (молнии), столкновения с метеоритами, вулканические процессы. Оценка энергии потоков для некоторых из них ниже приведена (для солнечного указан излучения проинтегрированный по всему поток спектру за пределами атмосферы).

Лабораторные доказали эксперименты возможность органических синтеза соединений, в том числе аминокислот, из смесей неорганических простых соединений при воздействии любого из указанных источников выше энергии. Например, биохимик американский С. Миллер действию подвергал электрических разного разрядов типа смесь Н2 + СН4 + Nh4, над циркулирующую кипящей водой. Среди обнаружены продуктов мочевина (Nh3)2CO, метил-мочевина, набор большой органических кислот и шесть аминокислот. При замене Nh4 на N2 состав качественный продуктов меняется слабо.

Рис. 1.  Оптические изомеры аланина.

При синтезе химическом молекул изомеров оптических получается смесь, содержащая 50% левых молекул и 50% правых. А все белки естественные построены только из L-аминокислот. Лабораторными доказана экспериментами возможность синтеза фотохимического асимметричных молекул при использовании поляризованного по кругу излучения из оптически неактивных реагентов. Например, светом фотоактивированная с правой поляризацией циркулярной реакция эфира диэтилового фумаровой кислоты с перекисью водорода даёт одного избыток из оптических изомеров:

Отметим, прямые что экспериментальные возможности доказательства синтеза одного из оптических изомеров из неорганических пока соединений отсутствуют и существуют возможности альтернативные возникновения асимметрии, в частности связанные с асимметрией некоторых кристаллов.

Фотопроцессы абиогенный и синтез

Сначала возможность рассмотрим превращения соединений неорганических в органические в результате солнечного поглощения излучения первичной компонентами атмосферы Земли. В 50-х годах века нашего в нескольких выполнены лабораториях эксперименты по синтезу молекул органических при фотовозбуждении газовых смесей, первичную моделирующих атмосферу. В частности, в Ленинградском университете государственном было образование обнаружено формальдегида и аминокислот при облучении смесей Nh4, Ch5 и Н20 при полном давлении ~600 Торр жидкой над водой излучением с непрерывным спектром в области 145–180 нм. При добавлении в смесь СО также образуется мочевина. Синтез аминокислот происходил, по-видимому, в жидкой воде с растворёнными промежуточными продуктами, свет хотя поглощается в газовой фазе.

Химически может активным быть только свет, поглощается который веществом. Из табл. 2 следует, составляющие что первичной поглощают атмосферы излучение в коротковолновой солнечного части спектра, на которую менее приходится 0,001 потока солнечного излучения. Но и этой части небольшой достаточно, конкурировать чтобы с другими источниками энергии. Отсутствие в первичной атмосфере O2, а следовательно, и фотохимически возникшего из него приводит озона к тому, что в отличие от современных коротковолновое условий излучение доходит до слоёв атмосферы, где оно эффективно может поглощаться.

Поглощение излучения солнечного составляющими атмосферы первичной сопровождается химически образованием активных частиц — атомов, радикалов, возбуждённых молекул, вторичные реакции которых и ответственны за образование органических молекул. Например, возникает формальдегид в результате быстрой реакции:

СН3 + ОН → Н2СО + Н2(1)

Другим промежуточным важным продуктом абиогенного для синтеза аминокислот, нуклеиновых оснований кислот и порфиринов цианистый считается водород, который образуется, например, в результате реакций:

Ch4 + N → HCN + h3(2)

СН2 + N → HCN + Н (3)

Расчёты показали, цианистый что водород стабилен фотохимически в условиях атмосферы первичной (среднее разложения время ~100 лет) и основным его каналом вывода из атмосферы вымывание является осадками с характерным временем ~10 лет. Формальдегид солнечным разлагается излучением с λ < 350 нм, но его растворимость в воде в 600 больше раз растворимости HCN, так что осадками вымывание ответственно и за сток формальдегида. Таким образом, по крайней мере на определённых эволюции стадиях существовала образования возможность локальных областей с повышенной простых концентрацией органических соединений.

Механизм более синтеза сложных молекул органических ни в первичной атмосфере, ни в описанных экспериментах выше не установлен. Возможно, аминокислот синтез происходит по известному механизму химикам Штрекера из альдегидов образование через α-аминонитрилов:

Не вызывает сомнения, синтез что является многостадийным.

Полезно скорости оценить некоторых стадий. Максимально скорость возможная генерации солнечным радикалов излучением законом определяется квантовой эквивалентности, в соответствии с которым каждый поглощённый фотон для линейных по интенсивности процессов света вызывает один и только элементарный один акт химического превращения. Поток излучения солнечного в спектральной области 115–160 нм равен 2,5 × 1011 фотонов/см 2•с. Если считать, весь что поток метаном поглощается в слое толщиной 2,5 м и поглощение кванта каждого приводит к образованию СН3 или СН2 радикалов, то скорость радикалов генерации составит 109 радикалов/см 3•с. Полученное значение, конечно, завышено, так как поглощают и другие атмосферы компоненты и возможны неучтённые первичные фотопроцессы. Точные скоростей значения генерации быть могут получены численным методом, известны если состав атмосферы и высотные распределения профили её составляющих, распределение спектральное солнечного излучения и спектральные квантовых зависимости выходов первичных всех фотопроцессов, солнечным инициируемых излучением. Такие расчёты для определённых атмосферы моделей в настоящее время не вызывают трудностей.

Скорость бимолекулярных реакций: А + В → С + D, к которым относятся реакции (1)–(3) и многие происходящие другие в атмосфере, зависит от концентраций реагентов. Для определения любой концентрации составляющей приходится атмосферы многократно систему решать уравнений, изменение описывающих концентрации в выделенном объёме атмосферы за счёт молекулярных всех процессов образования и гибели, процессов диффузии, конденсации, вертикального и горизонтального перемешивания, газовыделения с поверхности Земли и некоторых других физико-химических процессов. Воспользуемся выполненной в Мичиганском университете (США) работой, посвящённой фотоактивированных моделированию процессов в первичной атмосфере. Использованные в ней являются модели одномерными, то есть считаются концентрации зависящими только от высоты. Непрерывные компонентов распределения по высоте средними заменялись по в интервалу 1 км значениями. Содержание составляющих основных (N2, Ch5, Н2O, СO2) в одной из моделей современной соответствовало атмосфере кислорода без и озона. Просчитывались и модели с изменёнными относительными концентрациями СН4 и СO2. Температура поверхности Земли принималась равной 288 К. Модель включала 206 атомно-молекулярных процессов с участием более 50 составляющих атмосферы, потоки учитывала некоторых через компонентов нижнюю (поверхностьЗемли) и верхнюю границу атмосферы.

В этой рамках модели образуется формальдегид не только по реакции (1), но и ещё по семи реакциям. Полная скорость генерации Н2СO в столбе атмосферы с 1 сечением см2~109 молекул/с. Умножая величину эту на поверхность полусферы с радиусом Земли (6370 км), грубую получим оценку производства годового формальдегида ~106 т/год. Таким образом, для наработки органических массы соединений, современному равной годовому органического производству вещества в процессе фотосинтеза, небольшой необходим промежуток времени ~105–106лет.

Однако концентрации стационарные простых молекул органических в первичной атмосфере, определяют которые скорости образования возможного непосредственно в атмосфере сложных более органических соединений, малы. Они зависят не только от скоростей генерации, но от и скоростей гибели за счёт солнечным разложения излучением, реакций с составляющими атмосферы, вымывания осадками. Расчёты скорость дают вымывания осадками, сравнимую, а для некоторых моделей и превышающую скорость генерации. Поэтому принято считать, после что образования химическая гидросферы эволюция происходила в питательном мелких бульоне водоёмов с более высокими, чем в атмосфере, простейших концентрациями органических соединений. К тому же в водоёмах эти и образующиеся из них сложные более соединения защищены от разложения солнечным излучением.

В году 1957 академик А.Н. Теренин на Международном симпозиуме „Возникновение жизни на Земле“ высказал впервые предположение о возможной роли в абиогенном органических синтезе соединений фотокаталитических процессов. Такие могут процессы происходить как на поверхности взвешенных в воздухе частиц пыли, льда, аэрозолей, так и непосредственно на поверхности Земли.

Фотокаталитическая по активность отношению к составляющим атмосферы первичной установлена для многих катализаторов: оксидов, щелочных галогенидов и щелочноземельных металлов, алюмосиликатов. В число наиболее распространённых вещества элементов современной земной коры, планетозималей и межзвёздной пыли входят O, Si, Al, Ca, Mg, Ti. Таким образом, на Земле было всегда достаточно соединений, активных фотокаталитически в отношении превращений химических составляющих первичной атмосферы.

Адсорбция на молекул поверхности твёрдого приводит тела к смещению границы красной активного излучения в длинноволновую область. Следовательно, по сравнению с газовой увеличивается фазой доля солнечного излучения, могла которая быть использована в абиогенном синтезе. Например, разложения граница адсорбированной на Al2O3 сдвигается воды до 300–350 нм, увеличивает что поток солнечного активного излучения на три порядка. Некоторые фотоиндуцированные центры, ответственные за химические превращения на поверхности, время имеют жизни, десятки превышающее часов, так что могли реакции не прекращаться и после захода солнца.

Предельная фотосорбционная ёмкость, как определяемая максимально покрытие возможное поверхности молекулами при длительном освещении, достигает величин ~1011 см –2. Покрытия быть могут ещё больше из-за адсорбции темновой радикалов, образующихся в атмосфере. Скорость реакций вторичных на поверхности в таких значительно условиях превышает вторичных скорость реакций в первичной атмосфере.

Таким образом, фотокаталитическом при превращении составляющих неорганических атмосферы реализуются условия, образованию способствующие локальных областей с повышенными активных концентрациями частиц и, следовательно, образованию эффективному не только простых, но и более органических сложных соединений.

Проведём для и этого грубую случая оценку скорости возможной превращения молекул неорганических в органические. При постоянстве реагентов концентраций в газовой количество фазе образующихся за время t молекул N определяется соотношением

N ~ I(1-r)φSt,

где I — световой падающий поток (квант/см2·с), Ir — отражённый световой поток, φ — значение среднее квантового образования выхода молекул, S — площадь освещаемой поверхности. В предположении, реакция что происходит на поверхности Земли, время Т, за которое наработана будет масса продукта m, выражается формулой

T ~ m/4πMI(1-r)φαR2,

где M — молекулы масса продукта, R — радиус Земли, α < 1 — доля поверхности Земли, покрытая катализатором. Для катализатора метана конверсии в этан с параметрами, близкими к параметрам оксида титана (r = 0,99, φ = 0,01, α = 0,01), продукта масса порядка массы современной органического нарабатывается вещества за время ~108 лет. Наша оценка не учитывает обратных и конкурирующих с рассматриваемой реакций, отравления возможностей катализатора в процессе синтеза, но тем не менее свидетельствует о достаточно больших на временной эволюции шкале скоростях превращения фотокаталитического составляющих первичной атмосферы.

Заключение

Проблема образования абиогенного органических соединений из неорганических междисциплинарной является и решается усилиями физиков, химиков, биологов, геологов и астрономов. Она прекрасно взаимосвязь иллюстрирует различных разделов естествознания. Нельзя не отметить и огромные трудности на пути этой решения проблемы. Они обусловлены сложностью физико-химических процессов, ответственных за эволюцию. Кроме того, условия, в которых протекала эволюция, восстанавливаются за счёт длинной очень экстраполяции во времени условий на современной Земле, других планетах, в космическом пространстве и неизвестны с точностью, достаточной для выбора той или другой модели.

Рекомендуемая литература

1.  Zahnle K.J. // J. Geophys. Res. D. 1986. Vol. 91. P. 2819–2834.2.  Резанов И.Л.// Земля и Вселенная. 1995. № 3.С. 81–88.3.  Фокс С, Дозе К. Молекулярная эволюция и возникновение жизни. М.: Мир, 1975. 374 с.4.  Симионеску К., Денеш Ф. Происхождение жизни: Химические теории. М.: Мир, 1986. 119 с.

Об авторе:Михаил Евгеньевич Акопян,доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой физического фотоники факультета Санкт-Петербургского государственного университета. Области научных интересов — фотопроцессы в молекулярных газах, релаксации процессы энергии возбуждения. Автор двух монографий, пособия учебного и около 100 научных других работ .

„Соросовский образовательный журнал“

Статьи близкой тематики:Происхождение и эволюция жизни на Земле.  О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков.Химические возникновения основы Жизни.Биогенез: и мотивы феномены возникновения жизни.  С. Б. Пашутин.Новое теории в появления жизни.  В. Н. Пармон.Естественный среди отбор молекул.  В. Н. Пармон.Жизнь создаёт планеты?  В. Н. Снытников, В. Н. Пармон.Рождённые из кристаллов?  Николай Юшкин.Когда делал погоду метан.  Джеймс Кастинг.Зарождение жизни на фоне космической бомбёжки.  Ал Бухбиндер.А есть ли жизнь на Земле?  Рафаил Нудельман.Каменная летопись биосферы.  И. Резанов.Жизнь с начиналась РНК.  Валентин Власов, Александр Власов.Вначале была РНК?  С. Григорович.Неорганические полифосфаты.  И. С. Кулаев.Молекулярная эволюция.  В. А. Ратнер.Современная палеонтология.  А. Ю. Розанов.

wsyakayawsyachina.narod.ru

Ранняя атмосфера Земли

Проблема ранней атмосферы

Метану и аммиаку неоткуда взяться в большом количестве на Земле, считают специалисты. К тому же эти соединения очень неустойчивы и разрушаются под действием солнечного света, метаново-аммиачная атмосфера не могла бы существовать, даже если бы эти газы выделялись из недр планеты. По данным геологов, в атмосфере Земли 4,5 миллиарда лет назад преобладали углекислый газ и азот, что в химическом отношении создает нейтральную среду. Об этом свидетельствует состав древнейших горных пород, которые в тот период были выплавлены из мантии. Самые древние породы на планете возрастом 3,9 миллиарда лет обнаружили в Гренландии. Это так называемые серые гнейсы – сильно измененные магматические породы среднего состава. Изменение этих горных пород шло миллионы лет под влиянием углекислых флюидов мантии, которые одновременно насыщали и атмосферу. В таких условиях абиогенный синтез невозможен.

Проблему ранней атмосферы Земли пытается решить академик Э.М. Галимов, директор Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН. Он рассчитал, что земная кора возникла очень рано, в первые 50–100 миллионов лет после образования планеты, и была по преимуществу металлической. В таком случае мантия действительно должна была выделять метан и аммиак в достаточном количестве для создания восстановительных условий. Американские ученые К. Саган и К. Чайба предложили механизм самозащиты метановой атмосферы от разрушения. По их схеме разложение метана под действием ультрафиолета могло привести к созданию в верхних слоях атмосферы аэрозоля из частиц органики. Эти частицы поглощали солнечную радиацию и защищали восстановительную среду планеты. Правда, этот механизм разработали для Марса, но он применим и к ранней Земле.

Подходящие условия для образования предбиологической органики не сохранялись на Земле долго. В течение следующих 200–300 миллионов лет мантия начала окисляться, что привело к выделению из нее углекислого газа и смене состава атмосферы. Но к тому времени среда для зарождения жизни уже была подготовлена.

Эволюционисты утверждают, что ранняя атмосфера архейского периода (старше 2.5 миллиардов лет согласно эволюционной временной шкале) не содержала в себе кислорода.1,2

Кислород, содержащийся в атмосфере, окисляет все развивающиеся молекулы и делает их абиотическими. После примерно 2,4 миллиардов лет эволюция фотосинтетических бактерий привела к замещению углекислого наза кислородом, который быстро накапливался и образовал значительную часть современного кислорода в атмосфере. Эволюционисты называют этот процесс «великой кислородной катастрофой». Однако о времени этой катастрофы постоянно ведутся споры.2,3

Кое-кто считает, что великая кислородная катастрофа произошла на миллиард лет раньше. Одна из проблем этих споров заключается в том, что архейский период был так давно, что доказательства, которыми мы обладаем, весьма отрывочны и сложны для толкования. Более того, эволюционисты предполагают, что миллиарды лет эволюции практически стерли молекулярные остатки более ранних событий. Доказательства, которые мы получили на основании исследования окаменелостей докембрийского периода, можно интерпретировать как в поддержку заявлений об отсутствии кислорода, так и для опровержения этой идеи.4

В одном из исследований заявлялось, что доказательством безкислородной атмосферы являются пропорции содержания изотопов серы, которые при разных массах делятся во время изменения фаз. Предполагалось, что огромные и даже аномальные пропорции содержания изотопов серы означают, что осадочные породы, возраст которых составляет более 2,4 миллиарда лет, являются прямым доказательством ультрафиолетового фотолиза вулканического диоксида серы в атмосфере, не содержащей кислорода. Однако более новое исследование предполагает, что аномальное содержание серы могло возникнуть в результате реакций между мельчайшими частицами аминокислот и солями серной кислоты при температурах от 150 до 200°C.5

Поэтому заключения, сделанные на основании содержания изотопов серы, сомнительны.

Полосчатые железистые формации (кварциты) также являются доказательством достаточного содержания кислорода в атмосфере до предполагаемой «великой кислородной катастрофы».6

Железистые кварциты – это толстые перемежающиеся слои оксида железа и кремния, покрывающие большие территории и обнаруживаемые преимущественно в слоях докембрийского периода, а также в слоях фанерозойского времени.7

Они предположительно датируются, как самые древние породы, возраст которых составляет примерно 3.8 миллиарда лет (т.е. они сформировались задолго до великой кислородной катастрофы). Некоторые геологи отмечают, что содержание кислорода в оксиде железа из железистых кварцитов примерно в 20 раз превышает его содержание в современной атмосфере. Поскольку железистые кварциты откладывались в воде, следует вывод о том, что даже 3,8 миллиарда лет назад в атмосфере содержалось достаточное количество кислорода. Это предполагает, что атмосфера всегда была насыщена кислородом. Не удивительно, что униформисты считают происхождение железистых кварцитов загадкой.8

Многим ученым довольно трудно принять выводы, объясняющие происхождение железистых кварцитов – выводы о том, что кислород существовал в начале архейского периода, поэтому они предлагают альтернативные механизмы их формирования в безкислородной атмосфере.

Новое исследование свидетельствует о том, что достаточное количество кислорода содержалось в атмосфере еще 3,5 миллиарда лет назад. Недавние заявления ученых подкрепляют понятие о том, что кислород в атмосфере содержался задолго до «великой кислородной катастрофы», фактически, примерно за один миллиард лет до нее – т.е. около 3, 46 миллиардов лет назад по эволюционной/униформистской временной шкале. 9

В богатых железом осадочных породах на северо-западе Австралии был обнаружен преимущественно красный железняк, который откладывается сам по себе, а не в результате некой последовательности событий, и его датировали 3,46 миллионами лет. Красный железняк может образовываться двумя способами. В безкислородной атмосфере ультрафиолетовый свет, достигая поверхности земли, соприкасается с минералами гидроксида железа и вызывает реакцию, в результате которой вода испаряется и образуется красный железняк (гематит). Однако гематит может образовываться и в результате окисления железа без ультрафиолетового света. Заявляется, что именно такое образование красного железняка имело место при формировании осадочных слоев из красного железняка и кремниевого сланца. Эти осадочные слои располагаются между двумя толстыми вулканическими слоями (более 3 км), и это непосредственно указывает на то, что они сформировались на большой глубине, по меньшей мере, от 200 до 1000 метров. Такие выводы основываются на следующих фактах:

 ► отсутствие эрозии на поверхности слоев, ► отсутствие текстур, свидетельствующих о воздействии волн и течений; ► отсутствие характеристик, свидетельствующих о поверхностной вулканической деятельности, ► отсутствие пузырьков на вулканических породах, что предполагает, что эти слои были образованы при высоком водном давлении и ► практически полное отсутствие аэрозолей, обломочных минералов и вулканического пепла.

Так, если в океанической воде был кислород, необходимый для образования красного железняка, кислород были в атмосфере: «Отсюда следуют весьма глубокие выводы: если кислород присутствовал на такой большой глубине в воде, атмосфера тоже должна была содержать кислород. Предположительно, этот кислород вырабатывался организмами, приспособленными к фотосинтезу, а значит и их происхождение следует отнести к более ранним периодам.»10

Если отбросить атмосферу, насыщенную кислородом на миллиард лет назад, то следует отбросить назад и эволюцию фотосинтетических бактерий на миллиард или более лет, ведь эволюционисты считают, что кислород вырабатывается этими бактериями. Эти выводы не оставляют достаточного времени предполагаемой эволюции таких сложных бактерий. Такая быстрая эволюция одноклеточных существ из химических соединений делает эволюцию, как таковую, еще более невообразимой: «Вообразить себе шаги, которые привели к такой сложнейшей биохимии (фотосинтезу), просто невозможно с точки зрения здравого смысла!»11

Более того, красный железняк был обнаружен в виде единичных кристаллов, что означает, что они не были образованы с помощью ультрафиолета. Далее исследователи отмечают, что геохимический анализ кристаллов красного железняка свидетельствует о том, что они образовались при температурах выше 60° С в результате гидротермальных залпов, обогащенных закисью железа, выбрасываемых в прохладную, обогащенную кислородом воду.

Эти новые факты многим кажутся убедительными и являются доказательствами того, что «в атмосфере Земли содержалось значительное количество кислорода намного раньше, чем считалось ранее». 10

Интерпретация креационистов

Креационисты считают, что в атмосфере всегда присутствовало значительное количество кислорода, поскольку она была сотворена именно таким образом. Новая информация об изотопах серы и кварцитах все больше и больше подводит нас к этому выводу. Вполне возможно даже связать идею о гидротермальном происхождении железа и кремния, из которых образовывались кварциты по мере того, как воды, обогащенные химическими веществами просачивались в более прохладные воды, обогащенные кислородом, с «источниками великой бездны». Однако это довольно противоречивый вопрос в геологии Потопа, и выводы зависят от месторасположения стыка допотопного/потопного слоев. Этот вопрос все еще требует окончательного разрешения. 12

Источники литературы к статье смотри здесь.

biofile.ru

• 
  Древний мир семинар
• 
  Картинки древнего война
• 
  Куклы древней руси
• Корабль древних греков
• 
  Корабли древних греков
• 
  Руины древней цивилизации
• 
  Древний рим базилика
• 
  Древние народы поволжья
• 
  Мелодия древняя рукопись
• 
  Цивилизация древнего ирана
• 
  Наиболее древние черви