Waiyapot ep035 The Great Oxidation Event (GOE) การเกิดบรรยากาศออกซิเจน

Waiyapot ep035 The Great Oxidation Event (GOE) การเกิดบรรยากาศออกซิเจน

Fig. 35.1 Timeline of the great oxidation event (GOE)

EP. 35 The Great Oxidation Event (GOE) การเกิดบรรยากาศออกซิเจน

บางครั้งเรียกว่า the Oxygen Catastrophe, the Oxygen Revolution, the Oxygen Crisis, หรือ the Oxygen Holocaust, เกิดขึ้นในช่วงเวลาระหว่าง 2,460-2,060 Ma. เกิดจาก cyanobacteria ที่เป็น prokaryotes ที่สามารถสังเคราะห์แสง (photosynthesis) โดยใช้ CO2 ผลิตแป้งและน้ำตาลเป็นพลังงานเพื่อยังชีพ แล้วคาย free oxygen (O2) เป็น ผลพลอยได้ เมื่อหมดอายุ จะทิ้งซากเป็นแถบชั้นหินปูนบาง ๆแล้วชีวิตใหม่จะเริ่มต้นบนผิวซากเดิม จนซากตะกอนที่เหลือมีรูปคล้ายเห็ดเรียกว่า stromatolite

Cyanobacteria เกิดขึ้นมาในโลกตั้งแต่ บรมยุค Archean Free oxygen ที่ได้จากการสังเคราะห์แสงจะซึมซับอยู่ในน้ำทะเล และค่อย ๆ ถูกใช้ในการตกตะกอนของธาตุเหล็กที่ผสมอยู่ในน้ำทะเลแล้วตกตะกอนเป็น banded iron formation (BIF), เริ่มแรก Free oxygen ยังไม่สามารถซึมซับขึ้นไปในชั้นบรรยากาศ ในบรมยุค Proterozoic ตอนต้น มีแผ่นดินเพิ่มขึ้น เกิด supercontinent Kenorland (Arctica) เป็นผลให้ เกิดทะเลตื้นมากขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้มีพื้นที่ให้เกิด cyanobacteria เพิ่มขึ้น oxygen ส่วนที่เหลือจากการ absorb ของน้ำทะเล สามารถซึมขึ้นมาสู่ชั้นบรรยากาศ (2.3 Ga.) ทำให้มีการเพิ่มของ ฟรีออกซิเจน (O2) ในบรรยากาศจากมีประมาณ 0.1% เพิ่มเป็นประมาณ 1% (บรรยากาศปัจจุบันมี O2 ประมาณ 21% ) การเพิ่มปริมาณ O2ในบรรยากาศ และน้ำสมุทรเป็นผลให้เกิดการสูญพันธ์ของสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช้ออกซิเจนในการดำรงชีพ (anoxic bacteria) ทำให้ bacteria บางชนิดที่สังเคราะห์เคมีแล้วให้ มีเทน (CH4) (Early chemosynthetic organisms)สูญพันธ์จากผิวน้ำที่มีออกซิเจน การเพิ่มของมีเทนในบรรยากาศลดลง Free oxygen ในบรรยากาศ จะทำลายมีเทน (CH4) ที่เป็นส่วนประกอบจำนวนมากในบรรยากาศสมัยนั้น ให้กลายเป็น CO2 และ Free oxygen ในน้ำยังทำให้อนุมูลโลหะโดยเฉพาะเหล็กในน้ำสมุทรตกตะกอนเป็นชั้นแร่เหล็กในท้องสมุทร (banded iron formation, BIF) ที่มีขนาด ความสมบูรณ์ ความหนา มากกว่า BIF ในยุค Archean มาก

ผลของการเกิด GOE ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ อย่างมากในโลกที่กำลังปรับตัวเข้าสู่สิ่งแวดล้อมที่เอื้อต่อการดำรงชีพ ได้แก่

1. เกิด red beds (หินชั้นสีน้ำตาลแดงเนื่องจากเหล็กที่เป็นส่วนประกอบเป็นสนิมแดง, oxidation sedimentary rocks ) ครั้งแรก (2.3 Ga.) เป็นหินตะกอนที่สะสมตัวบนพื้นทวีป (continental sedimentary deposits)

2. เกิดความหลากหลายของแร่ต่าง ๆ ที่เกิดในโลกมากขึ้นโดยเฉพาะ กลุ่มแร่ oxide, hydroxide, carbonate, phosphate, silicate etc.

3. น้ำฟ้า (meteoric water) ที่มีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบ เมื่อซึมลงไปใต้ชุดหิน ผสมกับ hydrothermal จะทำให้ chemical composition ของ hydrothermal เปลี่ยนแปลง เกิดการตกตะกอนของโลหะเป็นแหล่งแร่ต่าง ๆ เช่นขบวนการ boiling และ retrogradeแหล่งแร่ เป็นต้น

4. การลดลงของ Early chemosynthetic organisms ที่สร้าง methane ทำให้เกิดการลดลงของ nickel บนพื้นสมุทร เนื่องจาก chemosynthetic organisms ต้องการธาตุ นิเกิล เป็น catalysts ในการสังเคราะห์พลังงาน และจะดึง Ni จากหิน volcanic แล้วปล่อยเป็นตะกอนจมลงบนพื้นสมุทร เมื่อเกิดออกซิเจนในบรรยากาศ ทำให้ chemosynthetic organisms ผิวน้ำทะเลสูญพันธ์ Ni บนพื้นสมุทรก็ลดลงด้วย

5. การเกิดออกซิเจนทำให้ ปริมาณ มีเทน ในบรรยากาศลดลง และ CO2 ในบรรยากาศถูกใช้เพื่อการสังเคราะห์แสงโดย cyanobacteria เป็นผลให้ greenhouse effect น้อยลง อาจจะเป็นสาเหตุให้เกิดยุคน้ำแข็งในโลก

6. เกิดการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต prokaryotes เป็น cell แบบใหม่ที่มีอวัยวะซับซ้อนขึ้น เรียกว่า eukaryotes ที่เป็น cell ขนาดใหญ่เป็นพันเท่าของ prokaryotes การเกิด cell เกิดจากการผสมของ cell anaerobic archaean (ไม่ต้องการออกซิเจนในการดำรงชีพ) และ aerobic proteobacterium (ต้องการออกซิเจนในการดำรงชีพ) ทำให้เกิด mitochondria ที่มีหลาย membrane ประกอบเป็นอวัยวะทำหน้าที่ต่าง ๆ เช่น nucleus, the endoplasmic reticulum, และ the Golgi apparatus เป็นต้น ที่อยู่ร่วมกันแบบ symbiogenesis (endosymbiotic or serial endosymbiotic) eukaryotes เป็น cell ต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันเกือบทั้งหมด eukaryote fossils ที่อายุมากที่สุด เป็น multicellular planktonic organisms เรียกว่า Gabonionta พบที่ Gabon ในปี 2023 มีอายุประมาณ 2.1 Ga.