Земаљска атмосфера је састављена од пуно азота (78 процената), мало кисеоника (21 процента), мрље аргона (0, 93 процента), мале количине угљен-диоксида (0, 038 процената) и других количина гасова у траговима. . Али није увек било тако. Састав гасова у атмосфери може да се мења (и мења се сада док сагоревамо фосилна горива), а запис о фосилима открива како нешто тако варљиво једноставно као што ваздух може утицати на историју живота.
Да сте посетили данашњу Северну Америку пре 300 милиона година, близу затварања карбона, дочекали би вас врло непознати призор. Пејзажом су доминирале огромне мочваре испуњене огромним ликоподима (сродници клупских махова који су нарастали до величине дрвећа), амфибијски краљежњаци дужине до готово 20 стопа и огромни чланконожци. Меганеура, рођак змајског лептира који је имао распон крила више од два метра, звиждао је кроз ваздух преко џиновске Артроплеуре, милипеда дугачке девет стопа. Никада раније или од тада нису нарасле земаљске бескраљежњаке до тако огромних величина.
Окидач за овај громогласни гигантизам био је необична, новоразвијена карактеристика биљака које су доводиле ниво кисеоника до 35 одсто атмосфере током касног карбона. Бујне екваторијалне шуме произвеле су знатну количину кисеоника као нуспродукт фотосинтезе, али то само по себи није било довољно да се атмосферски кисеоник доведе до тако високих нивоа. Узрок је био хемијско једињење лигнин, које биљке користе за изградњу. Тадашње бактерије биле су толико неефикасне у разграђивању лигнина у мртвим биљкама да су иза себе оставиле огромну количину биљног материјала богатог угљеником да би се поставиле заседе у мочварама (и на крају се трансформисале у богате наслаге угља по којима је карбонифер добио име) . Бактерије користе кисеоник јер разграђују материјал богат угљеником, али лигнин је спречавао овај процес док бактерије нису развиле способност да разграђују једињење. Овом биолошком смиром се повећао ниво кисеоника.
Вишак кисеоника омогућио је водоземцима, који узимају део гаса кроз своје коже, да ефикасније дишу и порасту до већих величина. Артхроподс дишу на другачији начин: посједују мрежу разгранатих цијеви званих трахеа које повезују мале отворе у егзоскелету бескраљежњака са његовим ћелијама, а кисик кроз тај систем продире кроз тијело. У атмосфери богатој кисеоником, више кисеоника би могло да се дифузује кроз ову мрежу разгранавања, што је отворило еволутивне путеве који су омогућили и чланцима да нарасту до гангантских размера. Чињеница да би кисеоник повећао ваздушни притисак такође је значила да би велики летећи инсекти тог времена добијали више подизања за сваки ритам својих крила, омогућавајући летовима чланконожаца да досегну величине које су структурно немогуће за њихове данашње рођаке .
Док су џиновски чланконожци пузали и зујали около, први амниоти - кичмењаци слични гуштерима који су прекинули везу с водом захваљујући способности да се размножавају кроз љускана јаја - такође су се раширили. Током следећег поглавља земаљске историје, Пермана (пре око 299 милиона до 251 милиона година), ова рана родбина диносауруса и сисара створила је низ нових облика, сродницима раних сисара (у заједници познати као синапсиди), посебно добијање еколошке доминације. Први пут су земаљски екосистеми подржали међусобно повезану мрежу предатора и биљоједа различитих величина, а пре око 250 милиона година постојало је око 40 различитих породица кичмењака који живе у свету. Али у тренутку када је готово сва та разноликост угашена највећом природном катастрофом коју ова планета икада познаје.
Током раних дана палеонтологије, природословци су обележили границе геолошке историје наглим, масовним нестанком неких врста из записа фосила, праћеним појавом нове, другачије фауне. Тада то нису схватили, али оно што су радили обележавало је масовна изумирања, а оно што је завршило Перман је било можда најгоре у историји земље. До 95 посто свих познатих морских створења је уништено, као и 70 посто копнених животиња. Палеонтолог Универзитета у Бристолу, Мицхаел Бентон, назвао је овај догађај „када је живот замало умро“.
Препознавање догађаја масовног изумирања није исто што и његово објашњавање, а катастрофа на крају Пермије је можда најзанимљивија мистерија убиства свих времена. Научници су предложили листу могућих окидача за гашење, укључујући глобално хлађење, бомбардовање космичким зракама, померање континената и ударе астероида, али многи палеонтолози прво сумњају у то да су интензивне ерупције сибирских замки, вулкана који су прекрили готово 800.000 квадратних километара онога што је сада Русија са лавом.
На крају Пермеје Земља је била много топлија него данас. Атмосфера је била релативно богата угљен-диоксидом, који је подстакао свет стакленичке баште у коме готово да није било ледењака. Ерупција Сибирских замки додала би огромне количине стакленичких гасова у атмосферу, проузрокујући даље глобално загревање, повећавајући киселост оцеана и снижавајући ниво атмосферског кисеоника. Ове драстичне промене атмосфере и резултирајући утицаји на животну средину узроковали би да многи организми асфиксирају од недостатка кисеоника, док би други умрли од вишка угљен-диоксида у крви или на неки други начин пропадли јер се физиолошки нису могли носити са тим новим Услови. Тамо где је некада успевала богата, разнолика заједница организама, истребљење је оставило само „кризне“ заједнице неколико врста које су се размножиле у слободним стаништима.
Иако су ове промене у атмосфери увелико подсећале на еволуцијско дрво пре 251 милиона година, оне нису учиниле планету трајно неприступачном. Живот је наставио да се развија, а нивои кисеоника, угљен-диоксида и других гасова и даље су флуктуирали, покрећући климу од „стакленичке“ до „ледене“ државе више пута.
Земља можда сада улази у нову еру стакленика, али оно што је јединствено у садашњости је да људи активно учествују у обликовању ваздуха. Апетит за фосилним горивима мијења атмосферу на начин који ће промијенити климу, додајући више смјесе угљичног диоксида и других стакленичких плинова у смјесу, а та би флуктуација могла имати велике посљедице и за истребљење и за еволуцију.
Данашњи услови на Земљи довољно су различити од оних касних Пермија да слична катастрофа није вероватна, али што више учимо о древним климама, јасније је да нагле промене атмосфере могу бити смртоносне. Недавно истраживање које је водила биогеохемичарка Наталиа Схакхова, Међународног центра за арктичко истраживање, сугерише да се можда приближавамо тачки која би брзо могла да убрза глобално загревање које већ мења екосистеме широм света. Огромна продавница метана, једног од најмоћнијих гасова са ефектом стаклене баште, налази се испод пермафроста источног сибирског арктичког полица. Вечна леденица делује као смрзнута капа преко гаса, али Схакхова је открила да та капа има цурење. Научници нису сигурни да ли је испуштање метана нормално или је скорашњи производ глобалног загревања, али ако су тренутне пројекције тачне, како се глобална клима загреје, ниво мора ће порасти и поплавити арктички шатор Источног Сибира, који ће растопити пермафрост и испуштати још више гаса. Како се накупља више стакленичких плинова, планета се ближи овом и другим могућим прелазним тачкама које би могле покренути брзе промене станишта широм света.
Можда се необични услови који су омогућили џиновским чланконожцима да лете ваздухом састављеним од 35 процената кисеоника никада се неће поновити, и можемо се надати да се земља не може поновити на катастрофу на крају Перме, већ у подстицању климатске атмосфере наше врсте је активно мењајући историју живота на земљи. Како ће ове промене утицати на нас, као и на осталу светску биолошку разноликост, на крају ћемо забележити у све већој евиденцији фосила.
