火山活动和地幔的变化是大气中氧气上升的关键

大约在24亿年前的大氧化事件中，氧气首先积累在地球大气中。一个长期存在的难题是，地质学线索表明，在此之前的数亿年前，早期细菌正在进行光合作用并抽出氧气。一切都去哪了?

某种原因阻止了氧气的上升。对数十亿年前的岩石的新解释认为，火山气体可能是罪魁祸首。由华盛顿大学领导的这项研究于6月发表在开放存取杂志《自然通讯》上。

“这项研究为复苏的一个经典假说演变大气中的氧气，”主要作者太郎门屋，在地球和空间科学威斯康星大学博士后研究员说。“数据表明，地幔的演化可以控制地球大气层的演化，甚至可以控制生命的演化。”

多细胞生命需要集中的氧气供应，因此氧气的积累是地球上吸氧生命发展的关键。

卡多亚说：“ 如本研究表明，如果地幔的变化控制了大气中的氧气，那么地幔最终可能会设定生命进化的节奏。”

这项新工作建立在2019年的一篇论文的基础上，该论文发现与现代地幔相比，早期地球的地幔被氧化的程度要低得多，或者包含更多可以与氧气发生反应的物质。这项对高达35.5亿年历史的古老火山岩的研究是从包括南非和加拿大在内的地点收集的。

2019年研究的作者包括斯克里普斯海洋学研究所的Robert Nicklas，马里兰大学的Igor Puchtel和亚利桑那州立大学的Ariel Anbar。他们还是新论文的共同作者，研究地幔的变化如何影响逃逸到地表的火山气体。

当地球上只有微生物生活的时候，太古代的伊恩比今天更加活跃。火山喷发是由岩浆(熔融和半熔融的岩石的混合物)以及即使在火山未喷发时仍逸出的气体引起的。

这些气体中的一些与氧气反应或氧化，形成其他化合物。发生这种情况的原因是，氧气往往会渴望电子，因此任何带有一个或两个保持松散的电子的原子都会与其发生反应。例如，火山释放的氢与任何游离氧结合，从而将其从大气中清除。

地幔或地壳下较软的岩石层的化学组成最终控制着来自火山的熔融岩石和气体的类型。氧化程度较低的早期地幔会产生更多的气体，例如与自由氧结合的氢气。2019年的论文显示，从35亿年前到今天，地幔被逐渐氧化。

这项新研究将这些数据与来自古代沉积岩的证据相结合，显示了在25亿年前的某个时候的临界点，那时微生物产生的氧气克服了其向火山气体的损失，并开始在大气中积累。

华盛顿大学地球与空间科学教授戴维·卡特林(David Catling)说：“基本上，在光合作用发生后的数亿年之内，可氧化的火山气体的供应就能吞噬光合作用的氧气。” “但是随着地幔本身被进一步氧化，释放出的可氧化火山气体减少了。然后，当不再有足够的火山气体将其全部清除时，氧气便淹没了空气。”

这对于理解地球上复杂生命的出现以及其他星球上生命的可能性具有启示。

卡多亚说：“研究表明，考虑到行星表面和生命的演化，我们不能排除行星的外层。”

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