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地球的第一缕氧气源自火山喷发

图片来自pixabay.com

近日,美国华盛顿大学及密歇根大学的研究人员在分析了一块25亿年前的岩石后发现,火山爆发或许造成了海洋微生物的激增,而后者随即产生了第一批释放到大气中的氧气。按照此前的理论,早期地球大气由地质或化学过程所控制。这项发表在《美国国家科学院院刊》的研究对传统理论提出了挑战。

在历史的早期阶段,地球只有无氧的大气和少量呼吸氧气的生命。大约24亿年前,当生命开始进行光合作用,并将二氧化碳和水转化为氧气之后,大气层才永久地获得了富足的氧气。然而,亚利桑那州立大学的研究人员在2007年分析了澳大利亚西部麦克雷山页岩后报告称,在氧气成为大气固定元素之前的大约5000到1亿年,氧气曾短暂出现过。近期一些研究证实了早时短期氧气峰值的出现,但并没有对此作出解释。

新研究中,密歇根大学的研究人员在通讯作者Joel Blum的带领下,分析了同一块古代岩石中汞元素的中子浓度和数量。这些来自大规模火山爆发的汞在上层大气内循环一两年后,落到了地球表面。分析显示,在氧气量短暂上升前的几百万年,汞的含量出现了激增。“火山喷发可以解释汞的丰度和同位素。”论文作者之一、华盛顿大学地球与空间科学教授Roger Buick说。

作者认为,在火山喷发的地方,一定有被熔岩和火山灰覆盖的区域。这些富含营养的岩石在风雨中风化,将磷释放到河流中,为沿海地区“施肥”,让产氧的蓝藻和其他单细胞生命蓬勃发展,进而导致作为副产物的氧气激增。论文第一作者、华盛顿大学地球与空间科学博士Jana Meixnerová说:“还有其他营养物质会短期调节生物的活动,但长期来看,磷是最重要的。”虽然如今生物材料和农业肥料中都富含磷,但在非常远古的时代,火山岩的风化作用可能是这种稀有资源的单一来源。

“我们的研究表明,触发氧气量激增的直接因素是氧气生产过程的增加,而不是岩石或其他无生命过程减少了对氧气的消耗。”Buick说,“这很重要,因为大气中出现氧气是复杂生命进行演化的基础。”

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编译:橘子 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《美国国家科学院院刊》

期刊编号:0027-8424

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210826111724.htm

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