Kozmokémia

"Övcsillagok" és az Orion-köd a téli Orion csillagképben ; Itt új csillagok jönnek létre az űrben szétszórt kémiai elemekből

A kozmokémia - még az asztrokémia nevet is - a kémiai elemek és vegyületek képződésével és eloszlásával foglalkozik az univerzumban . A kémiai elemek a csillagok belsejében keletkeznek ( nukleoszintézis ), kémiai vegyületek azonban kozmikus gáz- és porfelhőkben , planemokon , holdakon , üstökösökön , aszteroidákon és hasonló, hidegebb tárgyakon.

A kozmokémia a fizika és a kémia modern, fontos ága, és szorosan kapcsolódik az asztrofizikához , különösen a csillagok és a szupernóvák fizikájához . Fontos szerepet játszik a planetológiában és a naprendszerünk és más planemóink eredetének és kémiai fejlődésének megértésére irányuló kísérletben is (az élet eredetéig - lásd a kémiai evolúció alatt ).

Mivel azonban a csillagok és szinte az összes többi égitest elérhetetlen távolságban van számunkra, a kémiai elemzés tekintetében csak bizonyos módszerekre lehet korlátozni, elsősorban a spektroszkópia és (spektrális) elemzés instrumentális módszereire , amelyek során a tárgyakból származó sugárzás ( ultraibolya , látható fény , infravörös ).

Pontosabban, a kozmokémia nem vesz részt a nukleoszintézisben, hanem a naprendszerünkben található elemi és izotópos eloszlással: Ehhez nagy mértékben hozzájárul a meteoritkutatás , mivel a meteoritok még mindig az eredeti kémiai összetételűek, mint a napunk kialakulásának kezdetei. rendszer. Néhány minta földönkívüli anyagból a Holdból, az üstökösporból, a napszélből és - remélhetőleg - más bolygókról, holdakról és aszteroidákról származó minták is elérhetők lesznek (pilóta nélküli) űrutazásból.

A kozmokémiát az 1950 - es években alapította Friedrich-Adolf Paneth .

Példa: „kozmokémiai” projekt

A kozmokémia működésének módját (asztrofizika, asztrokémia, planetológia) szemléltetni lehet a pilóta nélküli űrutazás újabb példájával. A kozmokémikusok általában egy spektrális elemzés vagy spektroszkópia kiértékelésén dolgoznak : Itt a távoli égitestek (főleg csillagok) "fényének" sugárzási spektrumát használhatják kémiai összetételük levonására.

A Stardust küldetés 500 km távolságban készítette ezt a képet a Wild 2 üstököstől. (NASA / JPL)

Az első holdraszállás óta a földön kívüli anyagok mintái űrszondákkal is közvetlenül az űrből rögzíthetők és a földre hozhatók közvetlen elemzés céljából. A NASA " Stardust " küldetése lehetővé tette nemcsak az Annefrank aszteroida és a Wild 2 üstökös fényképezését , hanem az üstökösport is. 2004. január 2-án a Stardust 240 km távolságon és 6,1 km / s relatív sebességen repült el a Wild 2 üstökös mellett. A szonda több képet készített az üstökösről, és összegyűjtötte koma anyagát. A Földre való visszatérés után a Stardust kapszulát a NASA houstoni irányító központjába hozták, és ott kinyitották. Houstonban ellenőrizték az aerogél állapotát , egy rendkívül könnyű szilárd anyagot, amelyben a Wild 2 üstökösből származó porszemcséket lelassították és szállították. Egy kis mennyiségű üstökösök por volt, majd a rendelkezésre álló különböző kutatócsoport - például az Institute for planetológia a Münster . Ott közvetlenül megvizsgálható volt a porszemcsék kémiai összetétele. Remélhetőleg ez új betekintést nyújt a 4,6 milliárd évvel ezelőtti naprendszerünk kialakulásába, mert a Wild 2 üstökös csak a külső területeken mozgott a naprendszer kezdete óta (csak 1974-ben volt a óriási bolygó, a Jupiter tette ki a régi Dobott pályájából). Az üstökösökön tett korábbi küldetések során a kozmokémiai kutatók spektrális elemzés segítségével összetett szénvegyületeket találtak. Ezeket még nem kell egyenlővé tenni az élettel, de talán ők adták a lendületet a földi élet keletkezéséhez.

A kémiai elemek képződése

Vége felé a világító szakasz, nehéz csillagok is termelnek nehezebb atommagok és kiadja az anyag formájában felhők, itt: köd körül a rendkívül masszív csillag éta Carinae által létrehozott kitörések 100-150 évvel ezelőtt.

Az atommagok ( nuklidok ) és a kémiai elemek kialakulását a Nukleoszintézis cikk részletesen leírja . Ennek eredményeként a hidrogén és a hélium kémiai elemei közvetlenül az Ősrobbanás után keletkeztek az ős nukleoszintézis révén. Ezután minden nehezebb atomtípus kialakult a rögzített csillagok belsejében (csillag nukleoszintézis) és szupernóva robbanások során . Égési idejük vége felé nagyon hatalmas csillagok robbannak fel, és nagy mennyiségű nehéz elemet dobnak az űrbe. Például az NGC 1260 galaxis SN 2006gy szupernóvájának 150 naptömege volt, és amikor felrobbant, becsült 20 naptömegű nikkelt fújt az univerzumba.

Az elemek eloszlása ​​a kozmoszban

Az atomtípusok kozmokémiai frekvenciaeloszlása a „ nukleoszintézis ” alatt ismertetett elemek keletkezésének történetével összhangban magyarázható. Az elemdússág a nézett területtől függően különbözik: azonban az egész univerzumban messze a leggyakoribb elem a hidrogén - ez meglehetősen ritka a földön, de az embereknél is gyakran előfordul.

A hidrogén és a hélium dominál az űrben , mivel mindkettő az Nagy Bumm során jött létre . Az univerzumban található 1000 atom közül 900 hidrogénatom, további 99 atom héliumatom. Tehát csak egy atom 1000-ből nem hidrogén vagy hélium. Minden más atomtípus (a lítiumon , a berilliumon és a bóron kívül ) csillagokból származik (lásd fent és a nukleoszintézis alatt). Ugyanakkor páros protonszámú atomok képződtek, például oxigén , neon , vas vagy kén , amelyek ezért gyakoribbak más, páratlan protonszámú elemekhez képest.

Minden 1 billió hidrogénatomra (H) - azaz egyenként 10 12 H-atomra - 10 10,8 héliumatom, 10,8,8 oxigénatom, 10,8,6 szénatom és 10 8,0 nitrogénatom található, de körülbelül egyenként 10 7 mellett 9 vas és a neonatomok és a 10 7,4 szilíciumatom is csak 10 1,7 ólom-, 10 0,7 arany- és 10 0,3 ezüstatomot tartalmaz. Az első generáció (II. Populáció) csillagainak fémes jellege 10 milliárd évnél idősebb korban különbözik: Összesen 1/1000 nehezebb elemmel rendelkeznek, mint megfelelnek az itt megadott "normális eloszlásnak" a térben.

Csillagközi anyag - kozmokémiai szempontból

A csillagközi anyag hasonló eloszlásban tartalmazza a kémiai elemeket, mint a mi napunk és az I. populáció más csillagai. Itt azonban az atomok külső elektronjaik az alacsonyabb hőmérséklet miatt vannak, így kémiai vegyületek, gázok és porok keletkezhetnek a csillagrendszerek között.

A csillagok között van hidrogéngáz (semleges), amelynek sűrűsége 0,8 H atom / cm 3 vagy 1,3 × 10 −24 g / cm 3 . Egyes területeken szegényebb a hidrogén (galaktikus központ), másutt vannak sűrűségek (köd, felhők) - és esetenként vannak olyan világító területek is, amelyeket pl. T. a szomszédos csillagok (emissziós köd) vagy a visszaverődés (reflexiós köd) intenzív UV-besugárzása.

A termelés sebessége és a bomlási sebesség közötti egyensúly állapotában komplex, szerves molekulák képződnek egyes ködökben, de ezeket ionizáló kozmikus sugárzás hatására gyakran azonnal lebontják. Ennek ellenére: léteznek, és porfelhők árnyékában az olyan molekulák, mint a víz, az ammónia, a metán és a formaldehid (metanál) évtizedekig élhetnek, a nitrogén és a szén-monoxid akár 1000 évig is élhetnek. Hosszú ideig (akár 100 000 évig) is képesek túlélni, ha kimerevednek a porszemek felszínére. Már csak 50 atom / cm 3 sűrűség mellett is atomütközések eredményezhetnek olyan molekulákat, mint hidrogén és szén-monoxid, hidroxilcsoportok vagy monocián (CN).

MET 00506, az Antarktiszon talált H3 kondrit ; oldalain látható a meteoritokra jellemző olvadó kéreg; beágyazva a mátrixba, amely az oxidált vaskomponensek miatt sötét színű, kondrulák láthatók (Fotó: NASA / JSC)

A meteoritokban a kozmokémikusok még olyan alkánokat is találtak, mint 2,6,10,14-tetrametil-pentadekán, aromás vegyületek, például benzol, toluol, xilolok és naftalin, 14–28 szénatomos zsírsavak, tiofének, p- diklór-benzol, aminosavak, például prolin , aszparaginsav, glicin, alanin és glutaminsav (Meteorit Murchison, 1969) , sőt adenin és guanin. A földönkívüli eredetű aminosavak 1970-es felfedezését határozott szenzációnak tekintették, mivel ezek a földi élet alapvető építőkövei.

Ezen szerves molekulák képződését számos mechanizmus magyarázza. Miller és Urey metán, ammónia és víz besugárzott gázkeverékeit. A radiolízissel előállított ionok és gyökök legfeljebb hét szénatomot tartalmazó ionokat képeznek. A polimerek ezután akár eténen keresztül is növekedhetnek, és akár karboxil- és aminocsoportok is beépülhetnek olyan gyökökön keresztül, mint amilyen az NH 2 * és a H 2 O *, és tovább reagálva aminosavakat képeznek számos mechanizmus szerint:

  1. A ciánhidrin mechanizmus (alkanal + ammónia + hidrociánsav hogy: nitril + víz, további reakció a nitril R-CH (CN) NH 2 , vízzel reagáltatjuk, az aminosav),
  2. szerinti Sanchez (NC-CCH + ammóniával NC-CH = CH-NH 2 + HCN és további vízzel lehasadása ammóniával aszparagin ),
  3. keresztül Fischer-Tropsch szintézissel (CO reagál a hidrogén a 10 -6 10 -2 ATM és 450-750 Kelvin metánná vagy magasabb alkánok és a víz által katalizált Ni, Fe, magnetit és / vagy víztartalmú szilikátok a por szemcsék - és 1: 2000: 1,7 körüli C: H: O kozmikus keverékével 10–4 atm és 400 Kelvin nyomáson, akár aminosavak , purinok , pirimidinek és hasonlók is képződhetnek ily módon - földi laboratóriumok ).

A légkör által védett bolygófelületeken természetesen az építkezés még jobb körülményei is uralkodnak. Asztrokémiai szempontból nagyon valószínű, hogy a tér mélyén számos hely található a biokémiai molekulák képződéséhez, sőt magának az életnek a kialakulásához, és valószínűleg már régóta léteznek (azonban a a földönkívüli civilizációkkal való kapcsolattartás problémája nem a létezésük hiányzó, megcáfolhatatlan bizonyítékában rejlik - hanem a köztük látszólag áthidalhatatlannak látszó, nagy távolságban).

Földi anyag - kozmokémiai szempontból

Az elemek frekvenciaeloszlása ​​a kozmosz egészében helyben sokat változhat. Az egyik ilyen folyamat, amely megváltoztatja ezt az átlagos eloszlást, a gravitáció. Ez az az erő, amellyel a naprendszer kilépett egy forgó gáz- és porfelhőből ( Pierre-Simon Laplace ködös hipotézise , amelyet Immanuel Kant eredetileg 1755-ben fogalmazott meg Általános természettudományi és mennyelméleti munkájában , együttesen Kant-Laplace- Elmélet ).

Föld, bolygó és naprendszer kialakulása

A jelenlegi nézetek szerint mintegy 4,6 milliárd évvel ezelőtt a Naprendszerünk helyett egy kiterjedt anyagfelhő mozgott a galaxis közepén. A felhő a hidrogén és a hélium gázok több mint 99% -ából, és csak kis részben csak mikrométer méretű porszemcsékből áll, amelyek nehezebb elemekből és vegyületekből, például vízből , szén-monoxidból , szén-dioxidból , egyéb szénvegyületekből , ammónia és szilícium vegyületekből állnak . A hidrogént és a hélium nagy részét már az Ősrobbanás során létrehozták . A nehezebb elemeket és vegyületeket a csillagok belsejében hozták létre, és azok felrobbanásukkor felszabadultak. Az anyagfelhő egyes részei a saját gravitációjuk miatt összehúzódtak és lecsapódtak. Ennek lendülete egy viszonylag közeli szupernóva robbanása lehetett , amelynek nyomáshullámai a felhőn keresztül vándoroltak. Ezek a sűrűsödések valószínűleg több száz vagy akár több ezer csillag kialakulásához vezettek egy csillagfürtben , amely néhány százmillió év után valószínűleg szabad egy- vagy kettős csillagokká bomlott.

Protoplanetáris korong (NASA) rajza

Mivel az összehúzódás során fenn kell tartani a szögmomentumot , az összeeső felhő amúgy is minimális forgása megnőtt, hasonlóan ahhoz, ahogyan egy műkorcsolyázó karját feltéve gyors forgást ért el. A keletkező, kifelé ható centrifugális erők hatására a felhő a külső területeken forgó koronggá fejlődött.

A felhőben lévő anyag szinte minden része a középpontba esett, és kialakított egy protosztartart, amely tovább omlott össze, amíg meg nem gyulladt a magfúziós folyamat : kialakult a napunk. A fennmaradó protoplanetáris korongban a porszemcsék összecsapódása (koaguláció) planetesimálisok kialakulásához vezetett. A bolygók elődei és építőelemei a bolygók . Ezek át kialakított accretion , a folyamat, amely a mikroszkopikus porszemcsék egy presolar köd (a prekurzor egy naprendszer ) agglomerátum a nagyobb részecskék . Ha az ilyen részecskék ütköznek alacsony sebességgel , úgy tapadnak össze miatt kémiai kötések vagy felületi tapadást.

Ezek a hamarosan kilométeres méretű építmények elegendő tömeggel rendelkeztek ahhoz, hogy gravitációjuk miatt nagyobb méretű tárgyakat alkossanak más planetesimákkal. A legnehezebb tárgyak fejtik ki a legnagyobb gravitációs erőket, széles területről vonzzák az anyagot, és így még gyorsabban növekedhetnek. A „Protojupiter” gravitációs mezőjével végül megzavarta a többi bolygót, és befolyásolta növekedésüket. Nyilvánvalóan megakadályozta egy nagyobb test kialakulását is a Mars és a Jupiter pályája között, ami az aszteroidaöv kialakulásához vezetett. Mindössze 100 000 év alatt a korai naprendszer bolygóiból a Föld holdjának vagy a Mars bolygónak megfelelő bolygótestekké fejlődhetnek.

Exoplanet HD 209458b - "forró Jupiter" típusú planemo

A bolygórendszer kialakulásának hasonló folyamatainak bizonyára másutt is végbemennek az űrben. Az utóbbi években számos exobolygót és planemót fedeztek fel. Itt is az illékony és kevésbé illékony elemek kémiai vegyületekké kondenzálódnak az űrben, és sok csillagász és asztrokémikus feltételezi, hogy léteznek olyan planemók, amelyek mérsékelt hőmérsékleti zónákban mozognak a megfelelő rögzített csillagaik körül. Így elképzelhető, hogy egy földön kívüli kémia is életet teremtett a kozmosz elérhetetlen mélységében.

A Naprendszer kémiája

A naprendszereket a korong alakú , forgó anyagkorongok gravitációs összehúzódása hozza létre . Termodinamikai számítások ehhez a koronghoz képest, amely egyre gyorsabban és könnyebben hűl a középponttól, azt mutatja, hogy a kondenzáció akkor következik be, amikor az i anyag p (i) résznyomása és gőznyomása megegyezik. Az elem parciális nyomása a kozmikus gázban matematikailag megegyezik az A (i) frekvencia szorzatával, az A (H2) hidrogénéhez viszonyítva, szorozva a gáz teljes Pg nyomásával: p (i) = A ( i) / A (H2) x Pg .

Ha egy elem p gőznyomása a hőmérséklet függvényében jelenik meg Clausius-Clapeyron szerint, akkor az elem parciális és gőznyomásának kiegyenlítésével annak kondenzációs hőmérséklete kiszámítható (azaz: log po = -A / T + B,-ahol az A tényező a párolgási entalpia osztva 2,3 x R-vel és B a párolgás entrópiája osztva 2,3 x R-vel, általános gázállandó R-vel).

Ennek a számításnak az eredménye, kezdve a legmagasabb kondenzációs hőmérséklettől, folyamatosan haladó hűtéssel: az osmium elem már 1860 K körüli hőmérsékleten, 1780 cirkónium IV-oxid és rénium körül, 1700 alumínium-oxid, körülbelül 1560-1500 kalcium-titanát ( perovszkit), valamint a gehlenit (szilikát) és ritkaföldfémek (U, Th, Ta, Nb), 1390 körül a ferromágneses fémek (Fe, Ni, Co), 1370–1250 magnézium-szilikátok, valamint a réz, germánium és gallium fémek (Fe-ötvözetben), valamint alkáli-szilikátok (CaAl2Si2O8-mal), 1100-700 K ezüst (Ag) és 750 K alatti hőmérsékleten kondenzált vas oxidálódik (olyan ásványi anyagokra, mint FeO + FeS).

Szaturnusz gázóriás - itt is kondenzálódnak a gázok

Az ős naptól távolabb eső, valamivel hűvösebb régiókban az ólom, a bizmut, az indium és a tallium kondenzálódott 600-400 K hőmérsékleten; hidratált szilikátok kristályosodtak 350 K-ból és - a naptól távolabb eső gázóriások régiójában - vizes jég (majd NH 4 SH, <140 Kelvin mellett, <100 K szilárd ammónia-hidrát mellett, <60 Kelvin metán-hidrát mellett és csak alacsonyabb, 20 Kelvin hőmérsékleten szilárd metán és argon is).

A kondenzáció során frakcionálódás következik be, vagyis amikor az anyagokat "lefagyasztva" sűrűségük szerint rendezik, mind a kis csomókban (kondrulák, meteoritok), mind pedig nagy léptékben (planetesimák: a későbbi gázóriásokon kívül, például a Jupiter és a Szaturnusz vagy " hócsomók "), mint az üstökösök, a bolygók belül tömörebbek, mint a Merkúr és a Vénusz). Az anyagok az izzó ősbolygókon is elválnak (a fémek magba süllyedése, majd a külső szilikát kéregek lehűlése).

Ez megmagyarázza naprendszerünk jelenlegi kémiai felépítését a belső kőzetbolygóktól a külső, hűvös gázóriásokon át a Kuiper-öv és a kozmokémiai Oort-felhő legtávolabbi tárgyaiig.

Oort (1950) szerint az üstökösök 0,1-0,01 naptömegű tározóból származnak, körülbelül 50 000 AU távolságban. 1 AU-hoz a nap közelébe érve halókat és - a mag közvetlen közelében - 500 m / s tágulási sebességű kómákat fejlesztenek ki, amelyek gázsűrűsége a maghoz közeli 10 14 molekula / cm 3 -től 100-ig terjed. molekula / cm 3 kívülről . A gáz- és porszemcséket a napszél elűzi , és az üstökös ion- és porfarkját alkotják.

Az emissziós spektrumokat a Comas már részletesen megvizsgálták, és a Giotto szonda képes volt repülni át a kóma a Halley üstökös sértetlenül. <2 AU távolságban az üstökös kómája cián, OH gyökök, semleges oxigén, nátrium és - a maghoz 1 AU-nél közelebb - a Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, K elemek vonalait mutatja. és Ca, az NH és CH gyökök, valamint a metil-ciano, HCN és a víz. A CN gyököket a metil-cián, az NH * gyökök fotodissociálásával hozhatták létre hidrazin vagy aminok, például metil-amin, izocianinsav (HNCO), metilén-imin H 2 C = NH vagy formamid fotolízisével . Olyan radikálisokat is felfedeztek, mint a C2 és a C3. Valószínűleg acetilénből és diazometil-acetilénből származnak. A szén-monoxid, szén-dioxid, víz és nitrogén ionizált molekulái szintén kimutathatók voltak.

A szilikátszerű anyagok tekintetében kiszámítható, hogy az üstökösporszemek elvesznek a nap sugárzási nyomása miatt, és ezért átmérőjüknek kevesebbnek kell lennie 10 −6 cm-nél. Eleinte az üstökösökről azt gondolták, hogy „piszkos jéggömbök”. Amikor azonban rendkívül kevés metánt találtak a Kohoutek üstökösben, úgy döntöttek, hogy ezek nem származhatnak hűtésből, napgázból, hanem olyan fő összetevőket tartalmazhatnak, mint a víz, szén-monoxid, nitrogén, valamint hidrogén-cianid, metil-cianid és por - anyagok, amelyek hozzáférhetetlenek a tér mélységéből, a csillagközi gázból.

Földi anyag

Elem gyakorisága.png

A földön más az eloszlás, mint az üstökösökön, a távoli gázbolygókon vagy általában a kozmoszban. A földkéregre nézve a megkötött oxigén (O) dominál 49,2% -os tömegfrakcióval , amelyet szilícium (Si, 25,7%), alumínium (Al 7,5%), vas (Fe 4,7%), kalcium (Ca 3,4%) követ. nátrium (Na 2,6%), kálium (2,4% K), magnézium (Mg 1,9%), hidrogén (H 0,9%) és titán (Ti 0, 6%). az összes többi elem tömegaránya csak kevesebb, mint 0,2%.

Ha az egész földet magjával nézzük, akkor kissé más kép rajzolódik ki. A legelterjedtebb elemek az egész földön a vas (Fe, 35%) az oxigén előtt (30%), a szilícium (15%) és a magnézium (13%), majd a nikkel , a kén , a kalcium , az alumínium és mások (mindegyik három alatt van) százalék).

Biomasszánk - kozmokémiailag elemezve

Az embereket másképp alkotják, mint az űr és a föld: főleg hidrogénből, oxigénből, szénből és nitrogénből állnak, valamint nátriummal , magnéziummal , káliummal , kalciummal , foszforral és kénnel együtt ezek az elemek az emberi test összes atomjának 99,996% -át teszik ki ( az elemdússág első szisztematikus vizsgálata Victor Moritz Goldschmidt-től származik , utána az elemdússág grafikus ábrázolását Goldschmidt-diagramnak hívják ).

A kozmokémikusok feltételezik, hogy kezdetben csak kevés fényelem (vagy csak szén, nitrogén és oxigén volt) "maradt", amikor a naprendszer a földön és az összes többi, a naphoz közeli bolygón kialakult a viszonylag magas hőmérséklet és napszél . Ezen elmélet szerint mindezeket az elemeket, amelyek ma a bioszféra fő részét alkotják, üstökösök hatására egy ideig a Naprendszer külső területeiről szállították volna, miután a protobolygók kissé lehűltek. Mivel a naprendszer kialakulása utáni első néhány százmillió évben az égitestek nagy hatásai folyamatosan megismétlődtek, az élő rendszereket, amelyek ezekben az időkben már kialakultak, a nagy ütközések okozta globális sterilizációk többször is megsemmisítették volna. Az élet fejlődése csak azután kezdődhetett meg, hogy a folyékony víz képes volt fennmaradni legalább az óceánok legmélyebb részein.

A föld lassú lehűlése, az ebből fakadó vulkanizmus (a föld belsejéből kijutva) és az üstökösök globális eloszlása ​​miatt légkör alakult ki. A fő komponensek, amelyek ebben várhatók, a vízgőz (legfeljebb 80%), a szén-dioxid (legfeljebb 20%), a hidrogén-szulfid (legfeljebb hét százalék), az ammónia és a metán.

A víz tényleges eredete azonban nem teljesen vitatott. Különösen vízből, metánból és ammóniából, a korai föld körülményei között olyan kis szerves molekulák (savak, alkoholok, aminosavak) és később szerves polimerek (poliszacharidok, zsírok, polipeptidek) keletkezhetnek, amelyek nem stabilak az oxidáló atmoszférában.

A magas UV-sugárzás a víz, a metán és az ammónia molekulák fotokémiai lebontását okozta, ami szén-dioxid és nitrogén felhalmozódását okozta. A könnyű gázok, például a hidrogén vagy a hélium nagy része elpárolog az űrbe, miközben nagy mennyiségű szén-dioxid oldódik az óceánokban, megsavanyítja a vizüket és a pH-t 4 körülire csökkenti. Az inert és nehezen oldódó nitrogén N 2 változatlan maradt, felhalmozott idővel, és kialakult a fő komponense az atmoszféra körülbelül 3,4 milliárd évvel ezelőtt.

A szén-dioxid lecsapódása fémionokkal, mint karbonátokkal, és a szén-dioxidot asszimiláló élő szervezetek későbbi fejlődése a CO 2 koncentráció csökkenéséhez és a vizek pH-értékének ismételt növekedéséhez vezetett. Az oxigén O 2 csak a mai légkör felé vezető további fejlődésben játszik fő szerepet. Oxigén fotoszintézissel rendelkező élőlények megjelenése alakította ki körülbelül 3,5 milliárd éven át; feltehetően cianobaktériumok vagy cianobaktériumokhoz hasonló prokarióták voltak.

Biomolekulák

A kémiai evolúció feltehetően úgy zajlott, hogy a feltörekvő földön felhalmozódott elemekből összetett, szerves molekulák - szénvegyületek - képződtek. A komplex szerves molekulák prebiotikus képződése nagyjából három szakaszra osztható:

  1. Szervetlen anyagokból egyszerű szerves molekulák ( alkoholok , karbonsavak , heterociklusok , például purinok és pirimidinek ) képződése .
  2. Bonyolult szerves molekulák alapvető építőköveinek ( egyszerű cukrok , aminosavak , pirrolok , zsírsavak , nukleotidok ) képződése egyszerű szerves molekulákból.
  3. A komplex szerves molekulák létrehozása az alapvető építőelemekből.

Az elemanalízis az ezen molekulák vezet a kérdést, hogy melyek szervetlen vegyületek szükségesek voltak azok kialakulását. Ezeknek jelen kellett lenniük a föld redukáló ősi légkörében - az eloszlásban és a reakció körülményeiben, amelyek kémiailag lehetővé tették az első élőlények megjelenését.

Az ásványi anyagok és a kőzeteknek a szerves molekulák prebiotikus szintézisében való részvételének különösen intenzív formájának kellett lennie a vas-szulfid ásványok felszínén. Az élet korai kémiai evolúciójának forgatókönyvét Günter Wächtershäuser dolgozta ki az 1980-as évek eleje óta .

Eszerint a földi élet a vas-kén ásványok felszínén (a vas-kén világ ESW), vagyis a mélytengeri vulkánok geológiai folyamatai során ma is kialakuló és a korai szakaszban is nélkülözhetetlen szulfidokon keletkezett volna. a föld napjai gyakrabban fordultak elő (» fekete dohányosok «).

Biomolekulák - eredete és működése

Végül is a ribonukleinsav (RNS) az élet létrejöttéhez létfontosságú molekulát képez. Az RNS-világ hipotézisét először Walter Gilbert javasolta 1986-ban . Ez a feltételezés levezethető az RNS genetikai információk tárolására, átadására és reprodukciójára való képességéből, valamint abból a képességéből, hogy képes a reakciókat ribozimként katalizálni. Evolúciós környezetben azok az RNS-molekulák gyakrabban fordulnának elő, amelyek előnyösen önmagukat reprodukálják. Különböző tulajdonságai miatt úgy gondolják, hogy az RNS idősebb, mint a DNS.

Lásd még

irodalom

web Linkek