Környezetvédelem alapjai 3 Az élet megjelenése

Az első élőlények Protoenzimek létrejötte:csekély katalitikus aktivitás, merev fehérjeszerkezet, kis szelektivitás (mai fehérjék magja) Hajlékony fehérjék MOLEKULÁRIS CHAPERONOK RNS világ – sok mai enzim (NAD,ATP) őse Genetikai kód kialakulása (a kód ma is degenerált) 20 aminosav, 4 szerves bázis, 3 jel:64 változat Membrán kialakulása

Genetikai kód

Prokarioták és Eukarioták Nincs membránnal elhatárolt sejtmag Kör alakú kromoszóma Nincsenek sejtszervecskék Van membránnal elhatárolt sejtmag Több kromoszóma Sejtszervek: mitokondrium, kloroplasztisz stb.

Prokariota

Eukariota

Endoszimbiozis Margulis, Lynn Állati és növényi sejttípus szétválása Légzés (anaerob, majd aerob lebontás megjelenése) FELTÉTEL:OXIGÉN JELENLÉT A LÉGKÖRBEN

ARCHAIKUM A prekambrium kezdetére tehetõ a Föld héjas szerkezetének kialakulása: a lassú hűlés során a kisebb fajsúlyú Al, Ca és Na szilikátok a külső övekben koncentrálódtak. A fokozatos megszilárdulással gázok szabadultak fel: 80 % H2O, 17% CO2, a maradék HCl, Cl2, N2 és egyéb gázok (a mai vulkanitok megszilárdulása alapján). Ezek alkották az ősi légkört. A megszilárdulóban lévő földkéreg helyenként újra megolvadt, amikor egy kb. 4 milliárd évvel ezelőtt kezdõdött, és többszáz millió éven át tartó, óriási meteoritzápor hullt a Földre. Ennek nyomán intenzív magmás tevékenység kezdõdött. Az ősi légkörből lecsapódó víz kezdetben az egész földfelszínt beborította. Az első kontinensek gyűrődési-hagységképzõdési folyamatok útján jöttek létre. A hegységek pusztulásával megindult az üledékes kőzetek képződése. A hegységképződési időszakok során kialakult kőzetek erősen átalakultak, metamorfizálódtak. Ezek képezik a mai kontinensek magjait. Pajzsterületeknek vagy kratonoknak nevezzük őket. Elterjedésük a következõ: Kanadai-, Balti-, Angara-, Brazil-, Afrikai-, Indiai-, Ausztráliai-, és Antarktiszi pajzs.

ARCHAIKUM Gránt-gneisz formációk: a világos, durvakristályos, palás gneiszet gyakran gránit erek törik át. Zöldkő formációk: erősen bontott, tenger alatti bázisos vulkáni kőzetek illetve azok lepusztulásából származó üledékes kőzetek (homokkő, grauwacke). Szabálytalan vagy hosszanti övezeteket képeznek a gránit-gneisz formációkban. A legidősebb (3,8 milliárd éves) kőzetek az É-Appalache, Grönland, É-Skócia és a Kola-félsziget területén találhatók. A vulkanitok között komatiit (igen magas Mg tartalmú bazalt, azóta nem keletkezett) és sávos vasércek is megjelennek. Sávos vasércek: a Föld legidősebb nyersanyagai. Üledékes eredetűek, kovás és hematitos-sziderites rétegek váltakozásából állnak. Kb. 3 milliárd évvel ezelőtt igen elterjedten keletkeztek. A tengeralatti vulkanizmus révén a korábban felhalmozódó, oldható 2 vegyértékű Fe ekkor tudott 3 vegyértékűvé oxidálódni, és kicsapódni. Az oxidációt a kékalgák fotoszintézise által termelt oxigén tette lehetővé, amelyek ekkor jelentek meg a Földön.

ARCHAIKUM

ARCHAIKUM

Hegységképződés Az archaikum végén, 3,2-2,2 milliárd évvel ezelőtt több szakaszból álló hegységképződés játszódott le, melynek erősen lepusztult, átalakult maradványai Kanadában (Laurencia), É-Amerika középső részén, D-Amerika ÉK-i részén, Grönlandon (Isua kőzetsorozat), D-Afrikában, K-Ausztráliában, az Antarktiszon, a Balti- és Ukrán pajzs területén, É-Szibériában, K-Ázsiában és É-Kínában nyomozhatók.

Nyersanyagképződés A világ teljes nyersanyagkészletének több, mint 80 %-át prekambriumi kőzetekből bányásszák. Fe: A sávos, kovás vasércek (Banded Iron Formation) képződése a földtörténet folyamán az archaikumban volt a legintenzívebb. A világ vasérctermelésének 90 %-át prekambriumi kõzetek adják. Au: az archaikumi zöldkő-övezetekhez kapcsolódik, vagy a sávos vasércek kísérője. D-Afrikában, a Witwatersrand-medencében konglomerátumban jelenik meg uránnal együtt. Ez az előfordulás tartalmazza a világ aranykészletének felét. Cr, Pt,: bázisos magmából elkülönült ércek. A legidősebb előfordulások Grönland és Zimbabwe területén vannak. Cu: a zöldkő-övezetekhez kötött. A legidősebb rézérc előfordulás a grönlandi Isua kőzetsorozatban található.

Élővilág: Az első, fosszilizálódásra alkalmas telepes élőlõőnyek, a sejtmag nélküliek birodalmába tartozó kékmoszatok 3,5 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg (Warawoona-kőzetcsoport, Ausztrália). Ezek sekélytengerek partszegélyi részén éltek, és élettevékenységük során az apró alga-szálacskák megkötötték az üledékszemcséket. Így jöttek létre a gumós felépítésű sztromatolitok, melyek képződése egészen napjainkig tart.

PROTEROZOIKUM Az archaikum végi hegységképződés miatt a kontinensek területe növekedett. A földi légkör hőmérsékletének nulla fok alá süllyedésével megjelent a Földön a jég. Kanada területén 2,5-2 milliárd évvel ezelõtt nagy kiterjedésű eljegesedés zajlott (Huroni jégkorszak), melynek nyomai az egykori tillitek és jégkarcok alapján követhetők. Az 1,9 milliárd évvel ezelőtti következő jégkorszak rövidebb ideig tartott, a D-afrikai területet érinti, ahol hasonló maradványok találhatók. Körülbelül 700 millió évvel ezelőtt ismét nagy kiterjedésű eljegesedés következett be, amely Oroszország, Skandinávia, D-Afrika és Ausztrália területén hagyott nyomokat. A föld különböző területein eltérő éghajlati viszonyok uralkodtak. A viszonylagos felmelegedést mészkő és vörös üledékek képződése jelzi. A felső-proterozoikumban a kontinensek összeforrtak, egyetlen nagy kontinenst hozva létre. A proterozoikum végén viszont megkezdődött a feldarabolódás. Egy hosszan elnyúló geoszinklinális egy északi és egy déli kontinenst választott szét. Az északi (Laurázsia) részei É-Amerika, Eurázsia és Grönland voltak, a délit (Gondwana) Afrika, India, Ausztrália, D-Amerika és az Antarktisz alkotta.

PROTEROZOIKUM Magmás és metamorf kőzetek: Az archaikumhoz hasonlóan a gneisz és a gránit a leggyakoribbak, de egyéb intruziv, vulkáni és metamorf kőzetek is megjelennek. Homokkő, agyagpala: magmás kőzetek lepusztulásából származnak. Mészkő, dolomit: a kékalgák élettevékenysége következtében egyre elterjedtebbé vált a mészkő képződés, mivel a növényi anyag a karbonát kicsapódását elősegítette. A dolomit másodlagosan keletkezett a mészkőből, Mg metaszomatózissal. A proterozoikumban sokkal elterjedtebb volt a dolomit képződés, mint a fanerozoikumban. Ez azzal magyarázható, hogy az intenzív tenger alatti bázisos vulkanizmus sok magnéziumot hozott felszínre. Vörös, szárazföldi üledékek: A szárazföldek területét erős lepusztulás és homokkő képződése jellemezte. A meleg éghajlat és a levegőben megjelenő oxigén lehetővé tette a kőzetek vas tartalmának feloxidálódását, ami a sivatagi tájat vörösre színezte.

Hegységképződés A proterozoikum folyamán 4 nagy hegységképződési ciklus zajlott le, melyek a meglévő kontinensek területét gyarapították (Belomoridák, Karelidék, Gothidák, Rifeidák).

Nyersanyagképződés Fe: a sávos vasércek elérik keletkezésük fő fázisát. U: az archaikumi U-ércek oxidálódnak, oldhatóvá és vízben szállíthatóvá válnak, reduktív környezetben újra kicsapódva nagy vastagságú , új típusú telepeket hoznak létre. Ni: kb. 1,8 milliárd évvel ezelőtt létrejött a Sudbury melletti Ni-érc telep, mely a világ Ni készletének 2/3-át tartalmazza. Kialakulása egy több km átmérőjű meteorit becsapódásának köszönhető. Cu: a középső-proterozoikumban kialakul a Zaire-Zambia rézövezet, mely nagy mennyiségű kobaltot és uránt is tartalmaz. A Cu, Ni, Au, U, Sn, Au telepek képződése a földtörténet során maximumát 1,8 milliárd évvel ezelőtt érte el. Kõolaj: a felső-proterozoikumban alakulnak ki az első kőolajtelepek, melyeknek kiindulási anyagát algák képezték (Kanada).

Élővilág A proterozoikum elsõ felében a prokariótákból (sejtmag nélküliek) kialakultak az első eukarióták (sejtmagosok). Első képviselői a zöldalgák voltak, melyeknek sejtosztódás közben fosszilizálódott maradványai is előkerültek. Amikor a proterozoikum elején a légkör oxigén tartalma elérte a mai érték (PAL) 0,01 %-át, sok szervezet áttért a légzésre. Ez ugrássszerű fejlődést indított el az élővilágban. Megkezdődött a többsejtű növények és állatok elterjedése. A proterozoikum végi élővilág leggazdagabb leletanyaga az ausztráliai Ediacara-ból került elõ (ediacarai fauna). A sekély tengerben, gél alakban kivált kvarcit különböző életmódot folytató, szilárd váz nélküli többsejtűek lenyomatait őrizte meg, melyek között több centiméteres férgeket, ízeltlábúakat és bizonytalan besorolású maradványokat találtak. Az ediacarai fauna maradványai a világon több helyről is előkerültek. A prekambrium végén az ediacarai fauna állatcsoportjai teljesen kihaltak.

Élőlények A prekambrium végi élőlények vázlatos rendszertani besorolása: - Sejtmag nélküliek: baktériumok, kékmoszatok - Sejtmagosok - Egysejtűek: gyökérlábúak (Rhizopoda) és sugárállatkák (Radiolaria) - Gombafélék - Növények: zöldmoszatok - Állatok: űrbelűek (Coelenterata), pörgekarúak (Brachiopoda), ízeltlábúak (Arthropoda)

OXIGÉN Csak a víz fotolíziséből, kémiai egyensúly Az oxigén azonnal fel is használódik a redukáló környezet miatt Fotoszintézis megjelenése fokozza az oxigén jelenlétét A jelenlegi oxigéntermelést 100-nak tekintve ez kb. 10

OXIGÉN Kor (milliárd év) Relatív mennyi-ség % Forrás Bioszfé-ra az elnyelő Kőzetek az elnyelő 4,6-2,5 10-5-10-3 10 1,0 9,0 2,5-0,6 0,1-1 30 29,8 0,2 jelen 21 100 99,9 0,1

OXIGÉN A fotoszintézissel keletkezett oxigén jelentős része :hidrogén oxidációja, szén-monoxid oxidációja, kénhidrogén oxidációja, redukált vas oxidációja Maradék halmozódik fel a légkörben

Következmény Légzés megjelenése Bioszféra fejlődésnek indul, differenciálódások Ózonpajzs kialakulásának megkezdődése Védelem a mutációk ellen Állandó formák fennmaradása Evolúciós lehetőségek:szex megjelenése

Ózon

Ózon Napból érkező UV sugárzás (300 nm-nél kisebb hullámhossz) DNS 200-300 nm veszély O2 + UV energia------O + O O + O2 + M---- O3 + M Jelenlegi oxigén 10 %-a szükséges

Óceáni élet forradalma 600 millió évvel ezelőtt Szilárd vázas élőlények Kövületek: látható élet: geológiai ókor: paleozoikum Burgess-hegy, sziklás hegység Háromkaréjú ősrákok

Paleozoikum Kambrium 500-570 Ordovícium 440-500 Szilur 405-440 Devon 350-405 Karbon 285-350 Perm 230-285