Veliki dogodek oksigenacije (GOE) je bil vnos prostega kisika v naše ozračje. Povzročile so ga cianobakterije, ki so izvajale fotosintezo. Trajalo je zelo dolgo, od pred približno tremi milijardami let do pred približno eno milijardo let.

Fotosinteza je proizvajala kisik pred in po GOE. Razlika je bila v tem, da so pred GOE organske snovi in raztopljeno železo kemično zajeli ves prosti kisik. Na Zemlji je veliko železa, železo pa ima večjo topnost kot njegovi oksidi, zato je bilo v oceanih veliko raztopljenega železa. To je postalo železovoksid in se je v arhejski in proterozojski dobi v obliki pasovnih železovih kamnin ogromno nalagalo. Ko je ostalo premalo železa, da bi zajelo več kisika, se je v ozračju kopičil prosti kisik. To je bil GOE.

Za večino anaerobnih prebivalcev Zemlje je bil takrat kisik strupen. Ko so cianobakterije proizvajale kisik in gradile svoje stromatolite, so spremenile okolje za druge protiste. Ker se drugi protisti niso mogli spoprijeti s kisikom, bi jih večina izumrla. Druga posledica je bil vpliv prostega kisika na metan v ozračju, toplogredni plin. Reakcija je odstranila metan in povzročila huronsko poledenitev, verjetno najdaljšo snežno kepo na Zemlji doslej. Od takrat je prosti kisik pomemben del ozračja.

Časovni okvir in dokazi

Moderne geokemijske in sedimentološke študije kažejo, da glavna faza GOE ni bila enkraten trenutek, temveč večstopenjski proces, ki je potekal predvsem v obdobju pred približno 2,45 do 2,2 milijardami let. Vendar pa so znaki oksigenacije vidni že prej in so se nadaljevali dlje, zato se v literaturi pojavlja tudi širši časovni okvir (delno v skladu s prej navedenimi ocenami). Kot neposredni dokazi GOE veljajo:

  • Velike naloge pasovnih železovih kamnin, ki pričajo o oksidaciji raztopljenega železa v oceanih.
  • Izginotje mase-independnente frakcionacije žvepla (SMIF), kar kaže na vzpostavitev atmosferskega kisika, ki onemogoči posebne reakcije žveplovih izotopov.
  • Pojav rjavih ali rdečih tal (»red beds«) in spremembe v oksidacijskem stanju drugih elementov v sedimentih.

Vzroki

Glavni biološki vzrok GOE so bile cianobakterije, ker so kot prve razvile oksigeno fotosintezo, pri kateri kot stranski produkt nastaja kisik. Ko so cianobakterije rasle in tvorile gostejše kolonije ali stromatolite, je nastajalo dovolj kisika, da so postopoma preplavile lokalne redukcijske ponore (npr. raztopljeno železo in sulfide). Poleg bioloških dejavnikov so pomembne tudi geološke okoliščine: razpoložljivost hranil, spremembe v prerazporeditvi kopnega, tektonika in vremenski pogoji, ki so vplivali na količino proizvedenega in obdržanega kisika.

Potek oksigenacije

Oksigenacija je potekala postopoma in v valovih. V obdobju, ko je bilo v oceanih veliko raztopljenega železa in reduciranih spojin, je bil novonastali kisik hitro porabljen za oksidacijo teh snovi. To pojasnjuje nastanek velikih pasovnih železovih kamnin. Ko so se ti ponori izčrpali ali so se zmanjšali, se je presežni kisik začel kopičiti v atmosferi. V atmosferi se je kisik postopoma stabiliziral pri ravneh, ki so lahko ohranjale ozonski sloj, večje spremembe pa so se zgodile šele kasneje v proterozoiku in neoproteozoiku.

Posledice za življenje in podnebje

Velike nasledice GOE vključujejo:

  • Biološke spremembe: Za mnoge anaerobne organizme je bil kisik strupen — prišlo je do izumrtij in velike spremembe v sestavi biot k. Hkrati je prisotnost kisika omogočila razvoj aerobnega dihanja, ki daje več energije in je bil predpogoj za nastanek kompleksnejših evkariontskih organizmov.
  • Spremembe v atmosferi: Oksidacija odstrani metan, močan toplogredni plin, kar je pripomoglo k ohlajanju podnebja. To je verjetno sprožilo huronsko poledenitev, eno najdaljših znanih obdobij splošnega zaledanja.
  • Geokemična posledica: Povečalo se je oksidativno vremevanje, spreminjali so se cikli ogljika, žvepla, železa in drugih elementov. Nastali so novi depoziti in spremenjeni minerali.
  • Zaščita pred UV žarki: Z več kisika je nastal tudi ozonski sloj, ki je zmanjšal doseg škodljivih UV žarkov do površja in omogočil življenje na kopnem v kasnejših obdobjih.

Pomen za nadaljnji razvoj Zemlje

GOE je temeljna prelomnica v zemeljski zgodovini: postavil je atmosferske in kemijske pogoje, ki so omogočili evolucijo aerobnega metabolizma in sčasoma kompleksnih večceličnih organizmov. Kljub temu kisik po GOE ni takoj dosegel današnje vrednosti — njegova koncentracija se je v naslednjih milijardah let spreminjala in dosegla visoke ravni šele postopoma, kar je vplivalo na časovni okvir razvoja evkariontov in večceličnih organizmov.

Skupaj pomeni Veliki dogodek oksigenacije prehod iz reduciranega, anaerobnega sveta v oksidiran planet, katerega posledice oblikujejo biologijo, geologijo in podnebje Zemlje še danes.