Ako súvisia doby ľadové a vznik fotosyntézy, kyslíka?

Veľmi úzko. Dokonca by sa dalo povedať, že bez vzniku fotosyntézy by nebol ani kyslík v atmosfére, ani ozónová vrstva, ani zložité živočíchy, ani dnešné doby ľadové.

1. Zem bez kyslíka

Prvé asi dve miliardy rokov existencie Zeme bola atmosféra takmer bez voľného kyslíka.

Obsahovala najmä:

• oxid uhličitý (CO₂),
• vodnú paru,
• dusík,
• metán,
• amoniak.

Život tvorili len jednoduché baktérie v oceánoch.

2. Vznik fotosyntézy

Približne pred 2,7 až 3 miliardami rokov sa objavili sinice (cyanobaktérie), ktoré dokázali využívať slnečné svetlo:

CO₂ + H₂O + svetlo → organická hmota + O₂

Vedľajším produktom bol kyslík. Spočiatku sa kyslík viazal na železo rozpustené v oceánoch. Preto nachádzame obrovské vrstvy železných rúd staré viac ako 2 miliardy rokov.

3. Veľká kyslíková katastrofa

Pred asi 2,4 miliardy rokov začal kyslík unikať do atmosféry. Pre mnohé anaeróbne organizmy bol kyslík jedovatý.

Geológovia toto nazývajú:

Veľká oxidačná udalosť (Great Oxidation Event).

Od tejto chvíle sa Zem začala výrazne meniť.

4. Ako to súvisí s dobou ľadovou?

Paradoxne, viac kyslíka znamenalo menej CO₂. Fotosyntéza:

• spotrebúva CO₂,
• produkuje kyslík.

CO₂ je pritom silný skleníkový plyn. Keď sinice začali pohlcovať veľké množstvo CO₂, skleníkový efekt zoslabol a Zem sa ochladila. Niektorí vedci považujú tento proces za jednu z hlavných príčin extrémnych zaľadnení v proterozoiku.

5. Zem-snehová guľa

Pred približne:

• 720 miliónmi rokov,
• 635 miliónmi rokov

nastali veľmi silné doby ľadové.

Podľa hypotézy Snowball Earth bol takmer celý povrch planéty pokrytý ľadom, možno až po rovník.

Predstavte si:

• zamrznuté oceány,
• ľad od pólov po trópy,
• veľmi málo odkrytej pevniny.

6. Kyslík umožnil zložitejší život

Vyšší obsah kyslíka zabezpečil:

• účinnejšie dýchanie,
• väčšie organizmy,
• vznik živočíchov.

Krátko po veľkých zaľadneniach sa začali objavovať prvé mnohobunkové organizmy.

Potom nasledovali:

• kambrická explózia života,
• ryby,
• rastliny,
• dinosaury,
• cicavce,
• človek.

Zjednodušená reťaz udalostí

Sinice ↓ Fotosyntéza ↓ Viac kyslíka ↓ Menej CO₂ ↓ Ochladenie klímy ↓ Veľké doby ľadové ↓ Viac kyslíka v atmosfére ↓ Vznik zložitého života ↓ Človek

Pre zaujímavosť: keď sa dnes pozeráte na tatranské plesá alebo ľadovcové doliny, ide o pozostatky posledných štvrtohorných zaľadnení. Ich najhlbšia príčina však siaha až k drobným siniciam, ktoré pred miliardami rokov začali meniť chemické zloženie atmosféry celej planéty. To je jeden z najväčších príkladov toho, ako mikroskopický život dokázal preformovať celú Zem.

Hypotéza Snowball Earth (Zem-snehová guľa) patrí medzi najfascinujúcejšie kapitoly geológie. Tvrdí, že Zem bola v niektorých obdobiach prekambria takmer celá pokrytá ľadom, od pólov až takmer k rovníku.

Kedy sa to stalo?

Najznámejšie dve veľké zaľadnenia:

• Sturtiánske zaľadnenie (asi pred 717 až 660 miliónmi rokov)
• Marinoánske zaľadnenie (asi pred 650 až 635 miliónmi rokov)

Trvali milióny až desiatky miliónov rokov.

---

Ako sa Zem mohla tak veľmi ochladiť?

Vedci predpokladajú, že sa spojilo niekoľko faktorov:

1. Pokles CO₂

Fotosyntetizujúce organizmy odčerpávali oxid uhličitý. Navyše prebiehalo intenzívne zvetrávanie hornín:

CO₂ + horniny → minerály

Atmosféra tak strácala skleníkový plyn.

2. Začal sa tvoriť ľad

Keď sa planéta trochu ochladila, vzniklo viac snehu a ľadu. Biely ľad odráža väčšinu slnečného žiarenia.Tento jav sa nazýva albedo. 

viac ľadu ↓väčší odraz svetla ↓ menšie ohrievanie↓ viac ľadu. Vznikla pozitívna spätná väzba.
Ako mohla vyzerať Zem?

Ako mohla vyzerať Zem?

Ak bola hypotéza správna:

• oceány boli zamrznuté hrubou vrstvou ľadu,
• pevnina bola pokrytá snehom,
• priemerná teplota mohla byť hlboko pod nulou,
• aj v trópoch sa mohol nachádzať ľad.

Predstavte si dnešnú Antarktídu rozšírenú na celý svet.

---

Ako to vieme?

Geológovia našli niekoľko zvláštnych dôkazov.

Ľadovcové usadeniny pri rovníku

Nachádzajú sa horniny vytvorené ľadovcami v oblastiach, ktoré sa v tom čase nachádzali blízko rovníka.

Dnes ich nájdeme napríklad:

• v Namíbii,
• Kanade,
• Austrálii,
• Číne.

Normálne by sa ľadovce pri rovníku nevyskytovali.

„Dropstones“

Veľké balvany uložené v jemných sedimentoch.

Vznikajú takto:

ľadovec ↓ odlomí sa kryha ↓ odnáša balvan ↓ kryha sa roztopí ↓ balvan spadne na dno

Takéto nálezy naznačujú prítomnosť plávajúceho ľadu.

---

Prečo nezanikol život?

To je jedna z najzaujímavejších otázok. Pravdepodobne existovali:

Podľadovcové oceány

Aj keď bol povrch zamrznutý, pod ľadom zostala tekutá voda. Podobne ako dnes pod ľadom Antarktídy.

Hydrotermálne pramene

Na dne oceánov vyvierala horúca voda. Okolo nich mohli prežívať baktérie a jednoduché organizmy.

Oblasti bez úplného zaľadnenia

Niektorí vedci uprednostňujú model:

Slushball Earth (kašovitá Zem)

Podľa neho ostávali pri rovníku pásy otvorenej vody.

---

Ako sa Zem z ľadového väzenia dostala?

Tu je príbeh ešte zaujímavejší.

Sopky nikdy neprestali pracovať

Aj pod ľadom vulkanizmus pokračoval.

Sopky vypúšťali:

• CO₂
• vodnú paru
• ďalšie plyny

Normálne CO₂ pohlcuje dážď a rastliny.

Na zamrznutej Zemi však:

• skoro nepršalo,
• neexistovali vyššie rastliny,
• zvetrávanie bolo minimálne.

CO₂ sa preto milióny rokov hromadil.

Nastal extrémny skleníkový efekt

Po dosiahnutí kritickej koncentrácie:

veľa CO₂ ↓ silné otepľovanie ↓ topí sa ľad ↓ tmavý oceán pohlcuje teplo ↓ ešte rýchlejšie topenie

Planéta sa mohla otepliť veľmi rýchlo v geologickom meradle.

Súvislosť s evolúciou

Zaujímavé je, že po skončení marinoánskeho zaľadnenia sa objavujú prvé väčšie mnohobunkové organizmy.

Nasleduje:

Snowball Earth ↓ oteplenie ↓ viac živín v oceánoch ↓ rozvoj života ↓ prví živočíchy ↓ kambrická explózia 

Niektorí vedci sa domnievajú, že extrémne klimatické zmeny urýchlili evolúciu.

Predstavte si časovú os

4,6 mld. rokov vznik Zeme

3,0 mld. rokov fotosyntéza

2,4 mld. rokov kyslíková revolúcia

720 mil. rokov Snowball Earth

635 mil. rokov koniec veľkého zaľadnenia

541 mil. rokov kambrická explózia

300 tis. rokov Homo sapiens

dnes

Tatry, nesú stopy posledných štvrtohorných ľadovcov starých len desaťtisíce rokov. Snowball Earth je v porovnaní s nimi niečo úplne iné: predstavoval svet, kde ľad pravdepodobne siahal tisíce kilometrov od pólov a možno pokrýval takmer celú planétu. To bola jedna z najextrémnejších klimatických udalostí v histórii Zeme.