Reklama
Polityka_blog_top_bill_desktop
Polityka_blog_top_bill_mobile_Adslot1
Polityka_blog_top_bill_mobile_Adslot2
niedowiary - blog (szalonych) naukowców niedowiary - blog (szalonych) naukowców niedowiary - blog (szalonych) naukowców

2.09.2018
niedziela

Śmierdzące oceany

2 września 2018, niedziela,

Ostatnio pisaliśmy sporo [1][2] o sinicach. A więc swego czasu sinice wytworzyły znaczne ilości tlenu uwolnionego do atmosfery. Jak wynika z budowy chemicznej cząsteczki tlenu, jest to gaz bardzo reaktywny, z tego zaś wynika jego znaczna toksyczność. Ale utlenia on nie tylko nasze lipidy i DNA.

Geolodzy badający dawne, prekambryjskie skały zwrócili uwagę na pasmowate formacje skalne bogate w żelazo, zwane z angielska banded iron formation (BIF), po polsku niekiedy wstęgowymi rudami żelazistymi. Jakieś 1,9-1,8 mld lat temu przestały się one z jakichś względów tworzyć. Postuluje się ich związek z wcześniejszym wzrostem ilości tlenu w atmosferze. Po pierwsze, tlen nasila erozję. Dalej – w BIF występują jony żelaza na II stopniu utlenienia (Fe2+). Jony te w obecności tlenu są nietrwałe i utleniają się do jonów Fe3+ (bardzo prosta reakcja polegająca na odebraniu z jonu żelaza jeszcze jednego elektronu). Pozostawiony w atmosferze tlenowej roztwór soli żelaza (II) powoli utlenia się, co widać – robi się żółty, bo taki jest kolor rozpuszczonego w wodzie Fe3+.

A więc skała wietrzeje, żelazo i siarczany trafiają do wody. Całe żelazo nie zdąży utlenić się w atmosferze. Do wody trafiają więc też jony Fe2+. I utleniają się powoli. Wykorzystując niewielką ilość rozpuszczonego w wodzie tlenu. Siarczany trafiają tam natomiast na pewną grupę bakterii – redukujących siarczany (sulphate reducting bacteria, SRB). Redukują je one ponownie do siarkowodoru – H2S. Tak, to ten gaz o zapachu zgniłych jaj. Rozpuszczony w wodzie tworzy kwas siarkowodorowy. Tak więc tworzy nam się trucizna. Co więcej, nie ma tlenu. Wielki cuchnący siarkowodorem ocean opisał Donald Canfield, dlatego też mówi się o oceanie Canfielda.

Brakuje też azotu, również dzięki drobnoustrojom. Generalnie dostępnego w obfitości N2 większość organizmów żywych nie przyswaja. Potrafi natomiast wiązać amoniak NH3. Człowiek też. Niestety.

Azot buduje m.in. innymi białka. Kiedy ktoś się naspożywa mięsa czy innego bogatobiałkowego produktu, trzeba coś z tym nadmiarem zrobić, bo białka organizm ludzki nie magazynuje. Białko trawione jest do aminokwasów, posiadających grupę kwasową i zasadową – w tym wypadku aminową. Specjalne aminotransferazy potrafią żonglować grupami aminowymi, przenosząc je na różne aminokwasy, aż w końcu powstaje glutaminian (tak, ten rzekomo straszny związek dodawany do produktów pokarmowych, wzmacniacz smaku, w rzeczywistości obecny w każdym pokarmie białkowym). Enzym dehydrogenaza glutaminianowa przy pomocy NAD+ lub NADP+ (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy, nośnik wodoru służący w reakcjach utleniania-redukcji; był już wspominany w linkowanym wyżej wpisie) odrywa amoniak i tworzy α-ketoglutaran. Tak się człowiek pozbywa azotu (to tylko część znacznie bardziej złożonych procesów, o których może innym razem).

To teraz coś z kinetyki chemicznej: na poziomie molekularnym każda reakcja chemiczna jest odwracalna. W którą stronę zachodzi, zależy od tego, jak każdy proces fizyczny, od zmian entropii, dokładniej w tym przypadku od funkcji uwzględniającej zmiany entropii układu i otoczenia, czyli entalpii swobodnej (i o niej już pisaliśmy). Ta ostatnia zależy od stężeń reagentów – w niektórych warunkach przez wprowadzenie do środowiska reakcji nadmiaru produktu można wymusić odwrócenie kierunku przebiegu reakcji. Dotyczy to także enzymów – nie wpływają one na równowagę reakcji, przyspieszają jej zachodzenie w obie strony. Człowiek poddany działaniu amoniaku (miałem to wątpliwe szczęście się kiedyś zainhalować, dosłownie czuje się swoje drogi oddechowe), pomijając kwestie równowagi kwasowo-zasadowej, po prostu zaczyna amoniak wiązać. Tym samym enzymem, który zazwyczaj służy pozbawianiu się nadmiaru azotu. Niestety dość szybko wyczerpuje się w ten sposób α-ketoglutaran będący jednym z metabolitów, kluczowym w metabolizmie komórki cyklu Krebsa – i metabolizm siada. Dlatego amoniak też jest trucizną. Ponadto nadmiar glutaminianu uszkadza neurony.

Mniejsza o to. Jak widać, do przyswajania azotu postaci amoniaku potrzebny jest enzym. Enzym ten zawiera żelazo. Jony Fe2+, które się nie utleniły, w oceanie Canfielda leżą związane z siarczkami w złożach. W efekcie życie nie może się rozwijać. Dobrze się mają zielone i purpurowe bakterie siarkowe zasiedlające wybrzeża. Jednak przez miliony lat mamy wielkie, puste, śmierdzące głębiny oceanu. Właściwie przez miliard lat.

Ilustracja: Wstęgowe formacje żelaziste sprzed 2,1 miliarda lat, z Ameryki Północnej. André Karwath, Wikimedia Commons na licencji Creative Commons 2.5

Bibliografia

  • Canfield DE: A new model for Proterozoic ocean chemistry. Nature 1998; 396: 450-453
  • Hazen RM: Historia Ziemi. Od gwiezdnego pyłu do żyjącej planety. Prószyński i S-ka, Warszawa 2014
  • Poulton SW, Fralick PW, Canfield DE. The transition to a sulphidic ocean 1.84 billion years ago. Nature 2004; 431: 173-177
  • Ward P: Hipoteza Medei. Czy życie na Ziemi zmierza do samounicestwienia? Prószyński i S-ka, Warszawa 2010
Reklama
Polityka_blog_bottom_rec_mobile
Reklama
Polityka_blog_bottom_rec_desktop

Komentarze: 10

Dodaj komentarz »
  1. Drogi Panie Marcinie i Panie Piotrze,

    Dzieki za konsekwentne trzymanie tematow dajacych podklad mechanizmow odpowiedzialnych za ziemska eco-sfere.
    Rowniez podziekowania w strone redaktorow Bendyka i Dziadula oraz pozostalych autorow pokazujacych konsekwencjie zaburzonych naturalnych cykli gospodarki pierwiastkami i ziemskimi molekulami.

    Istota problemu jest w tym, ze w przeciagu kilku ludzkich pokolen, 1km3 ludzkiej masy dokonuje spustoszen i zmian w eco-sferze, ktore trwaly miliony lat w przeszlosci geologicznej ziemi.

    R.S.

    P.S.
    Czy jest jakas metoda aby podrzucic Panom, material pomocniczy?
    O moj e-mail Panowie pomoga poprosic administratora IT

  2. Skoro juz wyjasnilismy sobie ze cyjanobakterie swoim ekskrementem tlenem czasteczkowym wypelnily ziemska atmosfere to czas na nastepne pytanie.
    Skad pochodzi czasteczkowy azot w naszej atmosferze?

    Slawomirski

  3. Odnosnie azotu, istnieje hipoteza, jego pochodzenia z okresu wczesnego bombardowania mlodej Ziemi przez meteoryty. Uczeni niemieccy analizowali probki meteorytow znalezionych w Antarktyce.
    W minerale o nazwie Carlsbergite analiza pokazala podobny sklad izotopowy jak w atmosferze ziemskiej.

    https://phys.org/news/2015-01-nitrogen-meteorites-similar-earth-atmosphere.html

    Azot sam z siebie jest bardzo malo reaktywny, rosliny (chyba poza straczkowymi p.Marcin i p. Piotr moze powiedziec cos wiecej), nie przyswajaja azotu atmosferycznego. Wysoki procent azoty w atmosferze to wlasnie wynik jego znikomej reaktywnosci.

    I w tym momencie znowu dochodzimy do roli przemyslu chemicznego i procesow chemicznych produkujacych amoniak i nawozy sztuczne oraz bilansu energetycznego tj. zuzyciu ponad 1% energii swiatowej.

    Eksplozje sinic zawdzieczamy, fosforanom i zwiazkom organicznym zawierajacym azot, ktore sa wymywane z pol uprawnych i dochodza rzekami do wybrzezy. Scieki z aglomeracji miejskich jesli nie poddane processom oczyszczania tez maja swoj powazny wklad.
    Dr. Panek moze nam wiecej na ten temat powiedziec.

    Czy mozna gospodarke rolna poprawic. Odpowiedz jest na tak!
    Zachecam lekture tekstu redaktor Bendyka, ktory wlasnie sie ukazal.

  4. Reklama
    Polityka_blog_komentarze_rec_mobile
    Polityka_blog_komentarze_rec_desktop
  5. A po azocie dowiemy się może, skąd się wzięła woda i to w takich ilościach.

  6. Woda jest w miare powszachna we wszechswiecie i powstala w efekcie nukleogenezy. Na Ziemii temperatura i cisnienie sprawiaja ze jest glownie w formie plynu. Nie ma jej zbyt duzo na naszej planecie. To ze pokrywa 70% powierzchni nie znaczy ze jej masa jest duza w stosunku do masy planety.

  7. Żadne rośliny nie przyswajają azotu cząsteczkowego, najwyżej podbierają inne formy azotu bakteriom lub archeanom, które to potrafią. Są to różne bakterie, wśród nich też niektóre sinice. Enzym, który pozwala sinicom wiązać azot cząsteczkowy w związki przyswajalne (różne rośliny potrafią przyswajać związki amonowe, azotanowe albo jedne i drugie) za to nie działa w obecności tlenu, więc komórki go zawierające mają odpowiednią izolację. Jak ta izolacja przepuszcza z atmosfery (albo wody, w wodzie blisko atmosfery jest przecież dużo rozpuszczonego azotu) azot, a nie przepuszcza tlenu – nie wiem, ale pewnie mikrobiolodzy wiedzą. Oprócz roślin motylkowych takie podkradanie bakteriom robią sagowce, wodne paprocie, ale też olsza. Podobnie postępują też niektóre grzyby – czasem tworząc z takimi sinicami porosty.
    Cząsteczki azotu rozbić może tak, że połączą się z atomami wodoru, np. piorun albo wiatr słoneczny, a ludzie w skali przemysłowej robią to od stu lat, wykorzystując wysokie ciśnienie (i katalizatory).

  8. PS. Właśnie jestem na zjeździe hydrobiologicznym we Wrocławiu. W Odrze jest właśnie zakwit sinic, podobno tu dotąd niespotykany. Swoją drogą, obecna prezeska Polskiego Towarzystwa Hydrobiologicznego, podobnie jak poprzedni prezes, zajmują się właśnie sinicami. On głównie bałtyckimi, ona głównie jeziornymi. Im klimat będzie cieplejszy, tym więcej będą mieli do badania.

  9. Panie Piotrze,
    Widze tez ogloszenie o International Conference on Toxic Cyanobacteria
    w Krakowie w Maju 2019

    Ciekawe bylo by tez dowiedziec sie czy na obecnej konferencji we Wroclawiu sa jacys emisariusze z Ministerstwa Ochrony Srodowiska, oraz przemyslu?

    Swoja droga redakcja Polityki i dzial naukowy, mogly by podac jakies kluczowe informacje.

  10. Wiedzialem, ze w komputerze mam gdzies ten link o zakwicie alg w Baltyku. Wreszcie znalazlem. Skala jest przerazajaca.

    https://www.youtube.com/watch?v=GD5I0YlpPW8&feature=related

  11. Ministerstwo Środowiska od stycznia tego roku w ogóle nie zajmuje się wodą. Ten dział administracji przeniesiono do Ministerstwa Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej. Nieco wcześniej przeniesiono tam rybactwo śródlądowe z resortu rolnictwa, a niedawno instytucjom temu ministerstwu podległym podporządkowano dotychczasową administrację melioracyjną (trochę dotąd pod rolnictwem, bardziej pod samorządami wojewódzkimi). W tej sytuacji mogłoby skrócić nazwę do Ministerstwa Gospodarki Wodnej, ale chyba minister jest zbyt przywiązany do obecnej (lubi podkreślać swoje doświadczenia żeglugowe).
    Z MGMiŻŚ oczywiście nikogo u hydrobiologów nie było, w tym czasie zajęte było ono forum ekonomicznym, gdzie prezentowało plany kolejnych inwestycji hydrotechnicznych.

css.php