地球上的氧气上升:最初的估计相差1亿年

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地球和月球

新的研究表明,我们大气中的氧气永久上升,为我们所知的生命奠定了基础,这比我们之前认为的要晚1亿年。

大约24.3亿年前,氧气含量显著上升,标志着大氧化期的开始——地球历史上的一个关键时刻。

包括加州大学河滨分校科学家在内的一个国际研究小组分析了在这一事件中形成的南非岩石。本周发表在《自然》(Nature)杂志上的研究发现,氧气在出现初期波动剧烈,直到很久以后才成为大气的永久组成部分。

这些变化加强了大气中氧气和甲烷等温室气体浓度之间的直接联系,这有助于解释地球过去发生的一些最极端的气候变化。

在同一时期,古地球经历了四次冰期——整个地球被冰雪覆盖了数百万年。根据加州大学河滨分校地质学家安德烈·贝克的说法,大气中氧含量的变化是这些事件的开始和结束。

科学家们常常想知道,地球是如何从冰雪覆盖一切(包括海洋)的时代中走出来的。贝克说,大气中氧气含量的增加导致了甲烷和二氧化碳等温室气体的低浓度。这导致了全球冰川期,因为地表温度维持在水的冰点以下。

在这个冰冻的星球上,火山还在继续喷发,这需要大气中大量的二氧化碳,才能通过使地球变暖和融化冰雪来摆脱气候灾难。

贝克尔说:“在这项研究之前,我们都想知道,如果氧气已经是大气中的稳定成分,为什么第四次冰川事件会发生。”“我们发现它并不稳定。氧气的永久上升实际上发生在古元古代的第四次,也就是最后一次冰期之后,而不是在此之前,这解决了之前我们理解中的一个主要难题。”

大氧化期带来了随后的15亿年的环境稳定期,这一时期一直持续到第二次重大过渡时期,标志着大气氧含量的上升和前寒武纪末期类似的气候变化。

“我们认为一旦氧气增加,它就不会再回到较低的水平,”贝克说。“现在我们了解到,它波动到非常低的水平,这可能会对理解灭绝事件和生命进化产生重大影响。”

利兹大学的生物地球化学家西蒙·波尔顿(Simon Poulton)领导了这项研究,他说,悬而未决的问题包括这些多重波动的原因,以及复杂的生命是否会进化然后再次灭绝。

他说:“如果我们不知道永久的大气氧合是什么时候发生的,我们就无法开始了解大气氧合的原因和后果。大气氧合是控制地球可居住性的最重要的因素。”“现在我们终于找到了这块拼图。”

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