आपल्या ग्रहाच्या आणि जीवनाच्या उत्पत्तीचा शोध घेताना पृथ्वीचे प्रारंभिक वातावरण हा सर्वात आकर्षक आणि गुंतागुंतीचा विषय आहे. त्याची उत्पत्ती कशी झाली, त्याचे सुरुवातीचे घटक काय होते आणि कालांतराने ते कसे बदलले आहे हे समजून घेतल्याने आपल्याला आपला भूतकाळ समजण्यास मदत होतेच, शिवाय इतर राहण्यायोग्य जगांबद्दलही संकेत मिळतात.
आज आपल्याला माहित असलेली हवा ऑक्सिजन आणि नायट्रोजनपासून बनलेली असण्यापूर्वी, सौर किरणोत्सर्गापासून संरक्षणात्मक थरात गुंडाळलेली होती, त्याआधी वातावरण एक प्रतिकूल वातावरण होते., विषारी वायूंनी भरलेले आणि आपल्याला समजते तसे जीवनाचा कोणताही मागमूस नाही. प्रचंड गुंतागुंतीच्या भूगर्भीय, रासायनिक आणि जैविक प्रक्रियांद्वारे, त्या आदिम आवृत्तीने अशा वातावरणाला मार्ग दिला ज्यामुळे सजीवांची उत्क्रांती शक्य झाली.
वातावरण म्हणजे काय आणि ते जीवनासाठी इतके महत्त्वाचे का आहे?
वातावरण म्हणजे एका खगोलीय पिंडाभोवती, या प्रकरणात, पृथ्वीभोवती असलेला वायूचा थर. हे वायूंच्या साध्या मिश्रणापेक्षा बरेच काही आहे: ते संरक्षक कवच आणि तापमान नियामक म्हणून काम करते., आणि जीवनाच्या विकासासाठी आणि देखभालीसाठी आवश्यक आहे.
सध्या, पृथ्वीचे वातावरण प्रामुख्याने नायट्रोजन (७८%), ऑक्सिजन (२१%) आणि कार्बन डायऑक्साइड, आर्गॉन, पाण्याची वाफ आणि ओझोन सारख्या अवशिष्ट वायूंचे मिश्रण बनलेले आहे.. परंतु ही रचना नेहमीच अशी नव्हती आणि त्याची उत्क्रांती अब्जावधी वर्षांपासून मोठ्या प्रमाणात बदलांनी झाली आहे.
पहिली दशलक्ष वर्षे: हेडियनचा गोंधळ
सुमारे ४.५ अब्ज वर्षांपूर्वी, पृथ्वीची निर्मिती वैश्विक धूळ आणि वायूच्या ढगांपासून झाली ज्यामुळे सूर्यमालेची निर्मिती झाली.. पहिल्या काही दशलक्ष वर्षांत, ज्याला हेडियन युग म्हणून ओळखले जाते, ग्रहाचा पृष्ठभाग वितळलेल्या मॅग्माचा महासागर होता आणि त्यावेळचे वातावरण अत्यंत अस्थिर आणि अल्पकालीन होते.
या सुरुवातीच्या काळात, ग्रहावर उल्कापिंडांचा जोरदार मारा झाला, ज्याला "लेट हेवी बॉम्बर्डमेंट" म्हणून ओळखले जाते., ४.१ ते ३.८ अब्ज वर्षांपूर्वी. या आघातांमुळे पाणी, अमोनिया आणि मिथेन सारखे अस्थिर संयुगे सोबत आले, ज्यामुळे सुरुवातीच्या वातावरण आणि महासागरांच्या निर्मितीत हातभार लागला.
या सुरुवातीच्या गोंधळासोबत असलेला एक महत्त्वाचा घटक म्हणजे चंद्राची निर्मिती.. थेआ नावाच्या ग्रहाच्या आकाराच्या वस्तूची पृथ्वीशी टक्कर झाली असे मानले जाते, ज्यामुळे त्याचे तुकडे बाहेर पडले ज्यामुळे आपला उपग्रह तयार झाला. या घटनेमुळे वातावरणाच्या सुरुवातीच्या रचनेवरही लक्षणीय परिणाम झाला कारण त्यातून बाहेर पडणारी ऊर्जा बाहेर पडली.
पहिल्या पृथ्वीचे वातावरण: घटक आणि वैशिष्ट्ये
हेडियन काळातील सर्वात हिंसक घटनांनंतर, पृथ्वी हळूहळू थंड होऊ लागली, ज्यामुळे एक घन कवच तयार होऊ लागला.. या संदर्भात, आपण ज्याला पहिले स्थिर वातावरण किंवा आदिम वातावरण म्हणून ओळखतो ते उदयास आले.
त्यात मुक्त ऑक्सिजन नव्हता, परंतु तो मोठ्या प्रमाणात ज्वालामुखी वायूंनी बनलेला होता: कार्बन डायऑक्साइड (CO2), पाण्याची वाफ (H2O), मिथेन (CH4), अमोनिया (एनएच3), सल्फर (SO2) आणि नायट्रोजन (N2). या वायूयुक्त मिश्रणाने एक रिड्यूसिंग वातावरण तयार केले, म्हणजेच ते ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत होणाऱ्या रासायनिक अभिक्रियांच्या उलट, इलेक्ट्रॉन-गेनिंग रासायनिक अभिक्रियांना अनुकूल होते.
मिथेन आणि कार्बन डायऑक्साइडचे उच्च प्रमाण शक्तिशाली हरितगृह वायू म्हणून काम करत होते., ज्यामुळे ग्रहाला द्रवरूप पाणी टिकवून ठेवण्यासाठी पुरेशी उष्णता टिकवून ठेवता आली, जरी तरुण सूर्य सध्या उत्सर्जित होणाऱ्या उष्णतेच्या फक्त ७०% उत्सर्जित करतो.
मंद सूर्याचा विरोधाभास: पृथ्वी उबदार कशी राहिली?
ग्रहाच्या सुरुवातीच्या उत्क्रांतीबद्दलचा सर्वात मनोरंजक प्रश्न म्हणजे जर सूर्य कमी तेजस्वी असता तर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर द्रव पाणी कसे टिकून राहिले असते.. या घटनेला "मंद तरुण सूर्य विरोधाभास" म्हणून ओळखले जाते.
या गूढतेचे सर्वात स्वीकार्य स्पष्टीकरण आदिम वातावरणाच्या रचनेत आहे.. कार्बन डायऑक्साइड व्यतिरिक्त, हरितगृह वायू म्हणून २० ते २५ पट अधिक प्रभावी असलेल्या मिथेनने जागतिक तापमान उच्च ठेवण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावली.
याशिवाय, चंद्राच्या सान्निध्यामुळे होणारी भरती-ओहोटी किंवा ग्रहाच्या आतील भागात किरणोत्सर्गी घटकांचे प्रमाण जास्त असल्याने उष्णतेला हातभार लागला.. या सर्व घटकांच्या संयोजनामुळे महासागर द्रव स्थितीत राहू शकले, जे जीवनाच्या उदयासाठी एक महत्त्वाची अट होती.
सुरुवातीचे भूगर्भीय पुरावे: वातावरण कसे होते हे आपल्याला कसे कळेल?
सुरुवातीच्या वातावरणाबद्दलचे आपले बरेचसे ज्ञान खूप जुन्या खडकांच्या विश्लेषणातून येते.. यामध्ये गाळाची रचना, द्रव समावेश, स्ट्रोमॅटोलाइट्स आणि समस्थानिक विश्लेषण यांचा समावेश आहे.
याचे स्पष्ट उदाहरण म्हणजे BIFs किंवा बँडेड आयर्न फॉर्मेशन्स, जे लोह ऑक्साईड आणि सिलिकाचे पर्यायी थर दर्शवतात. जेव्हा फेरस लोखंड (Fe) तयार झाले तेव्हा हे तयार झाले.2+) सुरुवातीच्या प्रकाशसंश्लेषणात्मक जीवन स्वरूपांनी निर्माण केलेल्या ऑक्सिजनशी प्रतिक्रिया देऊन समुद्रात ऑक्सिडायझेशन आणि अवक्षेपण होऊ लागले.
दुसरीकडे, पायराइट (FeS) सारखी खनिजे2) प्राचीन गाळाच्या खडकांमध्ये असलेले वातावरण अ‍ॅनोक्सिक असल्याचे दर्शविते, कारण हे खनिज मुक्त ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत तयार होऊ शकत नाही.
प्राचीन क्रिस्टल्समध्ये अडकलेल्या वायूंचा समावेश देखील आढळला आहे., ज्यामुळे विशिष्ट कालावधीतील वातावरणीय रचना योग्य प्रमाणात अचूकतेने पुनर्बांधणी करता येते. या सर्व संकेतांचे एकत्रीकरण करून, ऑक्सिजन नसलेल्या वातावरणापासून ते O समृद्ध वातावरणापर्यंतच्या प्रगतीशील उत्क्रांतीचा मागोवा घेणे शक्य झाले आहे.2.
जैविक क्रांती: सायनोबॅक्टेरिया आणि महान ऑक्सिडेशन घटना
सायनोबॅक्टेरियाचा उदय हा वातावरणाच्या इतिहासातील सर्वात महत्त्वाच्या क्षणांपैकी एक आहे.. आजही अस्तित्वात असलेले हे प्रकाशसंश्लेषक जीवाणू सूर्यप्रकाश आणि कार्बन डायऑक्साइड वापरून ऊर्जा निर्माण करू लागले, ज्यामुळे उप-उत्पादन म्हणून ऑक्सिजन निर्माण झाला.
शेकडो दशलक्ष वर्षांपासून, महासागर आणि खडकांद्वारे उत्पादित ऑक्सिजन शोषला जात होता.. विशेषतः, ते विरघळलेल्या लोहाशी अभिक्रिया करते, ज्यामुळे लोह ऑक्साईडचा वर्षाव होतो आणि वर उल्लेखित BIFs तयार होतात. जेव्हा या प्रणाली संतृप्त झाल्या तेव्हाच वातावरणात ऑक्सिजन जमा होऊ लागला.
ही घटना, ज्याला ग्रेट ऑक्सिडेशन म्हणून ओळखले जाते, सुमारे २.४ अब्ज वर्षांपूर्वी घडली आणि त्याच वेळी त्याचे विनाशकारी आणि क्रांतिकारी परिणाम झाले.. अनेक अॅनारोबिक प्रजाती नवीन ऑक्सिडायझिंग वातावरणात टिकून राहू शकल्या नाहीत, तर काहींनी एरोबिक सेल्युलर श्वसनासारख्या ऑक्सिजनचा वापर करण्यासाठी यंत्रणा विकसित केल्या.
हवामान बदल आणि पहिले हिमनदी
ग्रेट ऑक्सिडेशन इव्हेंटचा एक दुष्परिणाम म्हणजे वातावरणातील मिथेनचे प्रमाण कमी होणे., ऑक्सिजनशी अभिक्रिया करून कार्बन डायऑक्साइड आणि पाणी तयार होते. मिथेन हा अधिक शक्तिशाली हरितगृह वायू असल्याने, त्याच्या घटीमुळे जागतिक तापमानात मोठी घट झाली.
यामुळे पृथ्वीवरील पहिले मोठे हिमनदी मानले जाणारे ह्युरोनियन हिमनदी निर्माण झाली.. काही शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास आहे की ही घटना इतकी टोकाची असू शकते की पृथ्वी पूर्णपणे गोठलेल्या "स्नोबॉल" मध्ये बदलली असावी, ही घटना अजूनही वादग्रस्त आहे परंतु खूप प्रशंसनीय आहे.
प्रोटेरोझोइक युगादरम्यान, कमीत कमी तीन इतर महत्त्वपूर्ण हिमनद्या घडल्या, ज्याचा कालावधी आणि व्याप्ती अजूनही अभ्यासाधीन आहे. पृथ्वी उबदार आणि थंड कालावधीत दोलनशील होती, बहुतेकदा हरितगृह वायूंमध्ये किरकोळ असंतुलन, ज्वालामुखी क्रियाकलाप, प्लेट टेक्टोनिक्स आणि ग्रहांच्या कक्षा यामुळे.
वातावरण आणि जटिल जीवांचा उदय
ऑक्सिजनच्या उच्च पातळीमुळे, युकेरियोटिक जीवांकडे उत्क्रांतीची झेप शक्य झाली.. यामध्ये एक परिभाषित केंद्रक आणि ऑर्गेनेल्स असतात जसे की मायटोकॉन्ड्रिया आणि क्लोरोप्लास्ट, जे अॅनारोबिक किण्वनापेक्षा अधिक कार्यक्षमतेने ऊर्जा निर्मितीसाठी ऑक्सिजनचा वापर करतात.
या पेशीय प्रगतीमुळे लवकरच बहुपेशीय प्राण्यांचा उदय झाला, जे अधिक जटिल प्राणी आणि वनस्पती जीवन स्वरूपात विकसित झाले.. ओझोन थर (O) देखील तयार झाला.3), जे पृथ्वीच्या पृष्ठभागाचे अतिनील किरणोत्सर्गापासून संरक्षण करते, ज्यामुळे स्थलीय वातावरणाचे वसाहतीकरण सुलभ होते.
आदिम आणि सध्याच्या वातावरणाची तुलना
| गॅस | आदिम वातावरण | सध्याचे वातावरण |
|---|---|---|
| नायट्रोजन (एन2) | कमी प्रमाणात सादर करा | ~ 78% |
| ऑक्सिजन (ओ2) | दुर्मिळ किंवा अस्तित्वात नाही | ~ 21% |
| कार्बन डायऑक्साइड (CO2) | खूप मुबलक | ~ 0.04% |
| मेटानो (CH4) | मोठ्या प्रमाणात उपलब्ध | ट्रेस |
| पाण्याची वाफ (H2O) | खूप परिवर्तनशील, पण मुबलक | हवामानानुसार बदलणारे |
इतर ग्रहांचा अभ्यास करण्यासाठी वातावरण एक चाचणी म्हणून
पृथ्वीच्या वातावरणीय उत्क्रांतीबद्दलचे ज्ञान इतर खगोलीय पिंडांवरील वातावरणाचे विश्लेषण करण्यासाठी देखील वापरले जाते., जसे की मंगळ, शुक्र किंवा बाह्यग्रह. त्यांच्या वैशिष्ट्यांचा अभ्यास केल्याने ते जीवन जगू शकतात की नाही किंवा ते कधी टिकले होते का हे निश्चित करण्यास मदत होते.
त्याचप्रमाणे, वायूंमधील लहान फरक हवामान आणि जैवमंडळात मोठ्या प्रमाणात परिवर्तन कसे घडवू शकतात हे समजून घेणे हे सध्याच्या संतुलनाची नाजूकता समजून घेण्यासाठी महत्त्वाचे आहे.. पृथ्वीवरील सध्याच्या हवामान बदलाच्या विश्लेषणात याचा थेट उपयोग होतो.
हेडियनच्या सिलिकेट बाष्पांपासून ते आधुनिक स्ट्रॅटोस्फियरमध्ये ओझोनच्या उपस्थितीपर्यंत, पृथ्वीचे वातावरण एका परस्परसंवादी आणि गतिमान प्रक्रियेचे उत्पादन आहे.. भूगर्भशास्त्र, जीवशास्त्र आणि खगोलशास्त्र हे एकमेकांशी जोडलेले आहेत आणि आपल्या उत्पत्तीला आणि आपल्या भविष्याला अर्थ देणारी ही कथा तयार करतात.