В данной публикации мы проанализируем одну из интереснейших задач, представленных на МХТ 2022 года (источник №5):
Мировая мифология предлагает множество трактовок возникновения и развития окружающего мира, однако современная научная парадигма оперирует гораздо более точными сведениями. Одним из фундаментальных этапов в истории нашей планеты стало так называемое «Великое кислородное событие». В ту эпоху земная атмосфера начала насыщаться свободным кислородом, что предопределило как вектор эволюции жизни, так и пути формирования новых минеральных комплексов. Давайте, однако, допустим альтернативный сценарий: что, если бы эволюция пошла по иному пути, и организмы начали бы выделять хлор вместо кислорода? Опишите, какие минералы могли бы сформироваться к настоящему моменту в условиях такой «хлорной катастрофы», и каковы были бы механизмы их образования.
Ниже представлено предложенное мною решение:
Глобальная кислородная катастрофа произошла на заре протерозойского эона, приблизительно 2,5 миллиарда лет назад. Этот процесс был неразрывно связан с жизнедеятельностью фотосинтезирующих бактерий, в результате чего концентрация кислорода в атмосфере начала стремительно расти (источник №1).
Как наглядно демонстрирует диаграмма, в середине архейского эона в составе воздушной оболочки преобладали диоксид углерода и метан. Однако в ходе эволюционных преобразований эти газы вступали в химические взаимодействия, постепенно уступая место азоту и кислороду, что и сформировало современный облик атмосферы.
Далее приведена упрощенная геохронологическая шкала, отражающая периоды формирования различных полезных ископаемых (источник №3):
Согласно данным таблицы, лишь залежи железных руд начали закладываться еще в архейскую эпоху, предшествуя кислородной катастрофе.
Проведем компаративный анализ свойств кислорода и хлора:
Кислород: газообразное вещество, лишенное цвета, вкуса и запаха. Является мощным окислителем, уступая по активности среди неметаллов только фтору. Способен образовывать химические связи практически со всеми элементами периодической системы.
Хлор: газ желтовато-зеленого оттенка с резким, специфическим запахом. Относится к группе галогенов и является сильным окислителем. Также обладает способностью взаимодействовать почти со всеми элементами ПСХЭ.
(источник №2)
Моя гипотеза: я предположил, что микроорганизмы могли бы экстрагировать хлор из растворенных в океане хлоридов металлов (например, в процессе расщепления NaCl). При этом углекислый газ или метан по-прежнему поглощались бы для биосинтеза глюкозы. Учитывая, что концентрация хлора в морской воде достигает 19 г/л, этого объема вполне достаточно для насыщения атмосферы данным газом.
Реакция могла бы протекать как взаимодействие хлороводорода с диоксидом марганца: 4HCl+MnO2=MnCl2+Cl2+2H2O.
(Примечательно, что в 2020 году были открыты бактерии, использующие марганец в своем метаболизме (источник №4)).
Либо через процессы следующего типа:
MnCl2+H2O+CO2=C6H12O6+Cl2+MnO2
NaCl+H2O+CO2=C6H12O6+Cl2+NaOH.
Допустим, биогенная эмиссия хлора стала доминирующей. В архейской атмосфере присутствовал метан (возникший в результате реакции: 4Fe+2 H2O+ CO2=4FeO+CH4), который под воздействием света вступал бы в реакции с хлором: CH4+Cl2=hvCH3Cl+HCl, CH3Cl+Cl2 =hvCH2Cl2+HCl, CH2Cl2+ Cl2 =hvCHCl3+HCl и, наконец, CHCl3+Cl2 =hvCCl4+HCl. Это привело бы к постепенному накоплению в гидросфере соляной кислоты и четыреххлористого углерода. Озоновый слой в таких условиях сформироваться бы не смог.
Вероятный состав атмосферы в этом случае выглядел бы так:
Соответствующий перечень доминирующих минералов представлен ниже:
Резюме: В геологической структуре планеты вместо оксидов превалирующее положение заняли бы хлориды и различные хлорорганические соединения. Остается открытым вопрос, могла бы в столь агрессивной среде зародиться разумная жизнь. Полагаю, что вероятность этого крайне мала.
Список литературы:
1) Кислородная катастрофа — Википедия
2) Габриэлян О. С. Химия. 11 класс: учебник для общеобразовательных организаций.
3) Геохронологическая шкала — Википедия
4) Открытие бактерий, поглощающих марганец — Газета.Ru
