Happipitoisuus maapallon historiassa

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Lukion biologiankirja (Koulun Biologia, Otava) väittää, että happipitoisuus lähti nousuun n. 1,8 miljardia vuotta sitten ja saavuttaa nykyisen arvonsa 21% n. 1,0 miljardia vuotta sitten. Tämä lienee osapuilleen oikein. Tämän jälkeen kuitenkin väitetään happipitoisuuden pysyneen vakiona.

David Attenborough:in First Lifessa (BBC) kerrotaan, että kivihiilikaudella O2 pitoisuus oli n. 35%, mikä saattoi mahdollistaa niveljalkaisten suuren koon (mm. Meganeura, tuhti sudenkorento). Wikipedia vahvistaa, että kivihiilikaudella happipitoisuus oli n. 2 x nykyisen suuruinen.

Asiaa varmistaakseni selailin läpi Juha Pekka Lunkan Ilmastohistorian, mutta happipitoisuudesta puhuminen lopetettiin muistaakseni noin kohtaan 1,8 miljardia vuotta sitten.

Jos joku tietää enemmän happipitoisuuden kehityksestä viimeisen miljardin vuoden ajalta tai asiaa käsittelevän kirjan, kuulisin mielelläni.

Kommentit (8)

Vierailija

Luultavasti happipitoisuus on noussut tasaisen hitaasti levien ja kasvien yhteyttäessä. Vapaata happea ei Maan alkuaikoina ollut. Monisoluiset eliöt kehittyivät n. miljardi vuotta sitten, joten ei ollut eliöitäkään paljoa sitä kuluttamassa.

Vierailija
orgg
Tämän jälkeen kuitenkin väitetään happipitoisuuden pysyneen vakiona.

Tuo kyllä tuskin pitää paikkaansa. Wikistä lainausta, lähteet merkitty näissä artikkeleissa.

Artikkelista Triaskausi:

Kauden edetessä aavikot lisääntyivät ja ilmakehän happipitoisuus väheni. Eri arvioiden mukaan ilman happipitoisuus vaihteli triaskaudella 12-16 %:n tuntumassa, joten happea oli hyvin vähän.

Artikkelista Jurakausi:

Noin 190 miljoonaa vuotta sitten jurakauden alkupuolella Maan ilmakehässä oli happea noin 15 %. Jurakaudella ilmakehän happipitoisuus nousi pitkästä aikaa. Noin 180 miljoonaa vuotta sitten happea oli 22 % ja hiilidioksidia noin 3,5 %

Artikkelista liitukausi:

Happea liitukaudella oli kaasukehässä hieman nykyistä vähemmän, suunnilleen 18–20 %. Toiset arviot ovat hieman korkeampia, 22–25 %. Mutta meripihkatutkimusten mukaan määrä olisi ollut liitukauden alussa noin 25 % ja noussut 110 miljoonaa vuotta sitten yli 30%:iin. Liitukauden lopun aikoihin hapen määrä olisi romahtanut äkkiä noin 33 %:sta 27:een.

Reifengas
Seuraa 
Viestejä3139
Liittynyt30.5.2010

Englanninkielinen wikipedia lienee tutustumisen arvoinen. Jotakin "oxygen catastrophe" tai sinnepäin hakuun, niin kyllä se siitä.

Rinnan rikkahat ajavat,
käsityksin köyhät käyvät.

Vierailija

Lukion biologiankirja (Koulun Biologia, Otava) väittää, että happipitoisuus lähti nousuun n. 1,8 miljardia vuotta sitten ja saavuttaa nykyisen arvonsa 21% n. 1,0 miljardia vuotta sitten.



No ei todellakaan. Mistä vuosisadalta sinun oppikirjasi oikein on? Olen itse lukaissut lähes kaikki tutkimukset läpi mitkä oli saatavilla vuonna 2005-2007 tästä aiheesta. Noin 2.45-2.40 miljardia vuotta sitten oli Proterotsooinen jääkausi, ja Neoproterotsooinen jääkausi n. 800-600 miljoonaa vuotta sitten. Ennen kambrikautta eli noin 550 miljoona vuotta sitten oli tulivuoritoiminta niin kovaa ja jatkuvaa, ettei hapelle tai monimutkaisemmalle elämälle ollut sijaa.

Yleisesti monet ovat sitä mieltä, että meret olivat Proterotsooisella aikakaudella Canfield-tyyppisiä vetysulfidisia pohjalta aina jonkin matkaa ylöspäin kuten Mustameressä. Sekä heikosti happea löytyi pintavedestä, joka mahdollisti yksinkertaisten eliöiden kehittymisen ennen kambrikautta. Happitasot lienevät olleet muutamia prosentteja ilmakehässä. Suurin osa kratoneista eli mantereiden kestävät kallioiset perusosat syntyivät tällä aikaudella, se näkyy hyvin näytteiden ikämääritysten perusteella. BIFfejä eli banded iron formationeita ei muodostu sulfidisessa vedessä. Niitä muodostui uudelleen vasta Neoproterotsooisella aikaudella.

Sitten on myös otettava huomioon "Faint Young Paradox", mikä varmasti pitää paikkaansa tähtien osalta, eli miljardeja vuosia sitten auringon säteilyteho oli pienempi kuin nyt, sanotaanko että jopa alle 90% nykyisestä. Silti jääkausia ei juuri löydy geologisista näytteistä miljardeja vuosia sitten. Tämä johtunee siitä että tulivuoritoiminta on ollut niin jatkuvaa ettei siihen ole ollut mahdollisuutta, supermantereiden muodostuminen ja niitten pirstoutuminen sai kuitenkin jostakin syystä aikaiseksi sen että tulivuoritoiminta lakkasi kokonaan, ja silloin koko Maapallo jäätyi kokonaan, mitä tapahtui useita kertoja Neoproterotsooisella aikakaudella, ja silloin oli myös supermantere kyseessä, joka pirstoutui. Ediacaran-kaudelta löytyy jo omat erikoiset eliöt fossiilinäytteistä. Ja ne siis ovat peräisin ennen kambrikautta.

Ei ole olemassa mitään luotettavaa menetelmää määritellä tarkkoja happipitoisuuksia, eli tuo Hiilikauden 35% happipitoisuus on pelkkää spekulaatiota, ja se on päätelty hiilijäljestä geologisista näytteistä, mutta sitä ei voi tuolla tavalla päätellä. Hiilikaudella oli kuitenkin kylmää, eli jääkautta on havaittavissa kauden lopussa, joten happitasot olivat varmasti korkealla silloin (mutta miten korkealla, sitä ei tiedetä), koska se myös kuvastaa sitä että tulivuoritoiminta on pienempää, kun jäätä muodostuu navoille, ja silloin hapelle on myös mahdollisuus lisääntyä ilmakehässä.

Itse olen sitä mieltä että paras proxy ilmakehän happipitoisuudelle on sulfaattipitoisuus (SO4), merivedessä, tämä ei siis ole standarditulkinta. Koska SO4:n muodostamiseen vaaditaan paljon happea. Ja näytteitä on saatavilla tästä, jotka todennäköisesti eivät ole menneet käyttökelvottomaksi vuosimiljoonien kuluessa, kuten monet muut geologiset näytteet. Niitten mukaan happipitoisuus oli joskus 100 miljoona vuotta sitten noin 7%, ja happipitoisuus on noussut tasaisesti tähän päivään mennessä siitä lähtien. Toinen piikki SO4:ssa oli myös Hiilikauden lopussa, mutta ei ollut yhtä korkealla kuin nykyinen taso.

Joka tapauksessa hapen tuotanto perustuu bakteereihin, ja ne tarvitsevat ravinteita, joten meressä rantaviivat kelpaavat hapentuotantoon, tai missä tahansa missä ravinteita löytyy, merivirtojen ansiosta voi olla myös jossakin muualla. Mutta ilman maata ja eroosiota ei löydy tarpeeksi ravinteita. Joka tapauksessa koska maata ja rantaviivaa löytyi ennen vähemmän kuin nyt (noin 3 miljardia vuotta sitten meri oli lähes autio), niin on epätodennäköistä että happea on koskaan ollut enemmän aikaisemmin historiassa ilmakehässä.

Vierailija

Tää oli ensimmäinen kerta kun kuulin että ilmakehän O2-pitoisuus olisi nyt suurempi kuin koskaan ennen, tai ainakin ettei se ole koskaan ollut isompi. Onko tästä jotain julkaistua tutkimusta?

Vierailija

Tää oli ensimmäinen kerta kun kuulin että ilmakehän O2-pitoisuus olisi nyt suurempi kuin koskaan ennen, tai ainakin ettei se ole koskaan ollut isompi. Onko tästä jotain julkaistua tutkimusta?



Sanoin että on epätodennäköistä ettei näin olisi. Esim. vanhemmat estimaatit hiilikauden happitasoista on laskettu orgaanisen hiilijäljen avulla, koska oletetaan että mitä enemmän orgaanista hiiltä suhteessa epäorganiseen löytyy geologisista näytteistä, sen korkeampi happipitoisuus. Mutta tästä on vielä pitkä matka mihinkään, koska muutkin bakteerit kuin syanobakteerit tuottavat orgaanista hiiltä, ja nämä muut bakteerit tuottavat hapen vastakohtia, kuten metaania ja vetysulfidia, jotka syövät ilmankehän happea. Tuossa hiilikauden happipiikissä oletetaan myös että korkeammat happipitoisuudet johtuisivat puista ja muista kasveista, mutta eihän ne biomassat puista ja bakteereista ole mitenkään yhteismitallisia. Happea on kyllä ollut ilmakehässä ilman puitakin aikaisemmin.

Lisäksi kannattaa suhtautua varauksella sellaistaa tutkijaa kohtaan kuin Robert Berner, ja hänen kumppaneitaan kohtaan, koska hänen mallinsa ovat täyttä puppua, vaikka vaikuttavatkin tieteellisiltä. Koska hänen malleissaan on miljoonia vapaita parametreja, joita hän on säädellyt sopivasti saadakseen aikaan jotakin. Ne ovat vähän samanlaisia humpuukimaakareita kuin tuo vitamin D Council, jotka tyrkyttää D-vitamiinia kaikille, tai sitten nuo ilmastonmuutoshörhöt, kuten ilmatieteen laitos sekä IPCC.

Uusimmat hapen rekonstruktiot perustavat kivihiileen, koska oletetaan että mitä enemmän kivihiiltä löytyy, niin sen korkeampi happipitoisuus oli ilmakehässä, koska eivät ne metsät voi palaa, jos ei löydy happea metsäpaloihin. Mutta tässäkin on tietysti ongelmansa, eli puuhiiltähän syntyy kun puu palaa, ja kun reaktio ei saa happea palamiseen. Tämän menetelmän avulla hiilikauden happitasoksi tuli että oli yli 26%.

http://www.nature.com/ngeo/journal/v3/n ... eo923.html
Muuten tuo tutkimus vaikuttaa omituiselta (en ole kuitenkaan lukenut abtraktia pidemmälle), eli ei mätsää omia käsityksiäni. Siinä väitetään että happitasot olisivat pienentyneet nykypäivään mennessä liitukaudelta asti? Ei tämä mitenkään vastaa sitä mitä tiedetään esim. meriveden sulfaattipitoisuuksista, sekä siitä että tulivuoritoiminta oli paljon suurempaa liitukauden ajalla kuin nyt. Se olisi ihan tavatonta että meriveden sulfaattipitoisuudet nousevat, mutta happitaso laskee.

Kokeilkaa jotakin muuta.. eli tässä pitää itse tehdä tutkimustyötä, mikäli haluaa edes jonkinlaisen varmuuden siitä miten asiat oikeasti ovat. Ei se toimi niin että vaan lukee jostakin lähteestä jotakin, vaan täytyy rakentaa teoria, joka sopii yhteen kaikkien havaintojen kanssa.

mmr1000
Seuraa 
Viestejä1
Liittynyt26.12.2014
pgm

Tää oli ensimmäinen kerta kun kuulin että ilmakehän O2-pitoisuus olisi nyt suurempi kuin koskaan ennen, tai ainakin ettei se ole koskaan ollut isompi. Onko tästä jotain julkaistua tutkimusta?

Sanoin että on epätodennäköistä ettei näin olisi.

 

 

PGM

Miten perustelet että epätodennäköistä ettei näin olisi?

Hyönteisten maksimikoko määräytyy pitkälti happipitoisoisuuden mukaan, johtuen hengitysjärjestelmästä. Siksi kivihiilikaudella eläneet jättiläishyönteiset ovat osaltaan hyvinkin selkeitä todisteita huomattavasti suuremmasta happipitoisuudesta.

kahannin
Seuraa 
Viestejä3703
Liittynyt6.3.2010
kabus

Luultavasti happipitoisuus on noussut tasaisen hitaasti levien ja kasvien yhteyttäessä. Vapaata happea ei Maan alkuaikoina ollut. Monisoluiset eliöt kehittyivät n. miljardi vuotta sitten, joten ei ollut eliöitäkään paljoa sitä kuluttamassa.

Ns. orgaaninen aines sisältää happea useita kymmeniä prosentteja. Ja ennen kuin mikään organismi alkaa tuottaa happea, sen on ensin muodostuttava. Mutta miten se on voinut muodostua, jos ilmakehässä/merivedessä ei ole ollut vapaata happea?

Ilmakehässä oleva vesi hajoaa auringon UV-valon vaikutuksesta ns. fotodissosiaatiossa:

H2O(l) --hƒ--> H2(g) + ½O2(g) .....–ΔH°f(H2O(l)) = 285.8 kJ molˉ¹

Koska alkumaapallon ilmakehässä on ollut runsaasti vettä, niin silloin maapallolle on muodostunut varsin nopeasti (parhaimmillaan muutamassa sadassa miljoonassa vuodessa) happipitoinen ilmakehä. Tämä on mahdollistanut runsaasti happea sisältävän orgaanisen elämän syntymisen, josta on sitten kehittynyt mm. happea yhteyttämällä tuottavat eliöt.

Uusimmat

Suosituimmat