Читал что изначально атмосфера Земли вообще не содержала свободного кислорода. А сейчас его 21%. Это же колоссальное количество. Как такое вообще произошло? Откуда взялся весь этот кислород и почему именно столько, а не 5% и не 50%?
Кратко: цианобактерии.
Около 2.4 миллиарда лет назад произошло так называемое Великое окисление. Цианобактерии - первые организмы на планете, освоившие оксигенный фотосинтез - начали в промышленных масштабах выделять кислород как побочный продукт переработки углекислого газа и воды.
До этого весь выделяемый кислород немедленно связывался с железом в океанах и горными породами - отсюда огромные залежи железных руд с характерными полосами (BIF, banded iron formations). Когда все доступное железо окислилось, кислороду некуда стало деваться и он начал накапливаться в атмосфере.
Почему именно 21%? Это не случайная цифра - это равновесие. При концентрации выше 25% леса горели бы непрерывно от любой искры. При концентрации ниже 15% не могло бы гореть вообще ничего. Биосфера Земли через несколько сотен миллионов лет саморегуляции через лесные пожары, поглощение растениями и выделение фотосинтетиками нашла это устойчивое равновесие.
Добавлю к тому что написано выше. Есть еще один важный фактор который обычно забывают - захоронение органики.
Фотосинтез производит кислород, но если органика (тела растений, животных) полностью разлагается обратно, весь кислород снова поглощается при этом разложении - баланс нулевой. Кислород накапливается в атмосфере только тогда, когда органический углерод захоранивается без доступа кислорода - на дне болот, в анаэробных осадках. Весь уголь, нефть и газ - это захороненный органический углерод. По сути каждая молекула нефти соответствует молекуле кислорода в нашей атмосфере. Когда мы сжигаем ископаемое топливо, мы буквально отматываем этот процесс назад.
Гипотеза Геи Джеймса Лавлока как раз об этом. Земля как единая саморегулирующаяся система поддерживает параметры атмосферы в диапазонах, пригодных для жизни. 21% кислорода - не случайность, это аттрактор системы. Вопрос конечно дискуссионный насколько это "регуляция" а насколько просто физико-химическое равновесие, но цифра не случайна точно.
Мне кажется тут надо учитывать что процесс шел миллиарды лет. Не за один день появилось 21%. Сначала кислород накапливался очень медленно, первые живые существа от него вообще погибали - это была для них катастрофа (Кислородная катастрофа). Потом уже эволюция пошла в сторону организмов которые кислород используют, и пошло поехало.
В каменноугольном периоде кислорода было около 35%. Насекомые тогда были огромными именно поэтому - их дыхательная система (трахеи) масштабируется с концентрацией кислорода. Стрекозы с размахом крыльев 70 см - это не фантастика, это реальные окаменелости. И да, пожары тогда полыхали постоянно - в угольных пластах того периода полно прослоек золы.
Про цианобактерии уже написали, но стоит добавить масштаб: они до сих пор производят около 50% всего кислорода на Земле. Не деревья и не леса - именно они, в океане. Вторые 50% дают наземные растения. Так что если вдруг что то случится с планктоном в океанах, у нас проблемы посерьезнее потепления.
Читал что кислород вообще то ядовит для первых форм жизни был, и его появление убило большинство видов того времени. Так что для тех существ это была катастрофа, не благо. Просто выжили те кто смог адаптироваться. Эволюция такая эволюция.
Про равновесие с лесными пожарами - это прямо неожиданно и очень круто. Никогда не думал что биосфера так работает. Спасибо!