Suur hapnikusündmus (Great Oxygenation Event — GOE) tähistab perioodi, mil Maa atmosfääri hakati pikaajaliselt kogunema vaba hapnikku. See protsess toimus peamiselt enam kui kaks miljardit aastat tagasi — ligikaudu 2,4–2,0 miljardit aastat tagasi — ja muutis oluliselt Maad nii keemiliselt kui bioloogiliselt.

Põhjus ja mehhanism

GOE põhjus oli fotosünteesi teke, täpsemalt vee lagundamisega seotud oksüdatiivne fotosüntees, mida tegid tsüanobakterid. Need organismid kasutasid päikeseenergiat vee lõhustamiseks ja süsihappegaasi muundamiseks orgaaniliseks aineks, mille kõrvalproduktina eraldus vaba hapniku. Alguses ei kogunenud see hapnik atmosfääris, sest erinevad «hapniku neelajad» sidusid selle kiiresti.

Peamised hapniku neelajad olid orgaaniline aine ja meredes lahustunud raud. Maa varajases ookeanis oli palju lahustunud raua, sest selle lahustuvus on suurem raua teatud olekutes kui nende oksiididel. Vaba hapnik oksüdeeris selle raua, muutes selle raudoksiidiks, mis sadestus ja tekitas suures koguses rauakihte ehk arhea ja proterosoilise ajastu rauakivimina. Kui need redutseerivad varud (raud, vulkaanilised redukteerivad gaasid jms) enam hapnikku siduda ei suutnud, hakkas vaba hapnik järk-järgult kogunema ookeanist ja lõpuks ka atmosfääri. See üleminek ongi GOE tuum.

Tõendid

  • Suured rauakivimoodustised (banded iron formations) näitavad, et ookeanid olid varem rauarikad ja hapniku tekkimisel raua oksüdatsiooniga moodustusid kihilised rauakivimid.
  • Keemilised signatuurid, näiteks muudatused väävli isotoopide fraktsioneerimises (mass-independent fractionation) viitavad sellele, et peale GOE muutusid atmosfääri redox-olud.
  • Fossiilid ja mikrofossiilid, näiteks stromatoliidid, annavad tunnistust aktiivsest fotosünteesist varajases biosfääris.

Tagajärjed elule ja kliimale

GOE-l olid kaugeleulatuvad mõjud:

  • Toksilisus anaeroobidele: Paljudele tol ajal elanud anaeroobsetele organismidele oli vaba hapnik toksiline. See tõi kaasa massilise ümberkorralduse elustikus — mõned liigid hukkusid (välja surnud), teised kohanesid või kolisid hapnikuvabadesse keskkondadesse.
  • Mõju atmosfäärile ja kliimale: Vaba hapnik reageeris ka atmosfääris oleva metaaniga (metaanile), mis on tugev kasvuhoonegaas. Metaani kadu vähendas kasvuhooneefekti ja võib olla seotud Huroniani jääajaga (Huuroni jääaja, umbes 2,4–2,1 miljardit aastat tagasi), mis võib olla üks varajasi väga külmi perioode Maal ja mõne hinnangu järgi isegi lumepall Maa episoodide eellane.
  • Osoonikihi teke: Atmosfääris kogunenud hapnik võimaldas hiljem tekkida osoonikihil (O3), mis vähendas maapinna UV-kiirgust ja tekitas tingimused Maa pinnale ja maismaale liigse kiirguse vähenemiseks.
  • Aerobne ainevahetus ja keerukuse kasv: Hapniku olemasolu võimaldas tekkida efektiivsematel aeroobsetel ainevahetustel, mis annavad organismidele rohkem energiat võrreldes anaeroobsete mehhanismidega. See lõi eelduse keerukamate rakkude (eukarüootide) ja lõpuks mitmerakulise elu evolutsiooniks.

Märkus tähtsuse kohta

GOE ei olnud ühekordne kiire sündmus, vaid pikk ja koosseise muutev protsess, kus bioloogilised, keemilised ja geoloogilised mehhanismid mõjutasid üksteist. Tsüanobakterid ja nende struktuurid, näiteks stromatoliite, on olulised tunnistused selle protsessi bioloogilisest rindest. Pärast GOE on hapnik olnud pidevalt oluline komponent atmosfääris ning üks peamisi tegureid Maa elukeskkonna kujunemises.

Viited ja lisalugemine: uurimused GOE kohta tuginevad geokeemilistele analüüsidele, paleomõõtmistele ja fossiilsetele andmetele, mis koos annavad pildi sellest, kuidas vaba hapnik Maa pinnal tõusis ja mida see muutis.