火山喷发可能在地球大气层中激发了第一股氧气的气味

对澳大利亚 25 亿年前的岩石进行的一项新分析发现，火山爆发可能刺激了海洋微生物的数量激增，从而产生了第一批氧气进入大气。这将改变地球早期大气的现有故事，该故事假设早期大气的大部分变化是由地质或化学过程控制的。

尽管专注于地球的早期历史，但这项研究也对地外生命甚至气候变化产生了影响。这项由华盛顿大学、密歇根大学等机构牵头的研究于 8 月发表在《国家科学院院刊》上。

第一作者、华盛顿大学地球与空间科学博士生 Jana Meixnerová 说：“过去几十年开始变得明显的是，固体、无生命的地球与生命的进化之间实际上存在相当多的联系。” “但是，正如我们所知，促进地球生命进化的具体联系是什么?”

在最初的日子里，地球的大气层中没有氧气，而且呼吸氧气的生命形式很少(如果有的话)。大约 24 亿年前，地球大气层变得永久富含氧气，这可能是在进行光合作用、将二氧化碳和水转化为氧气的生命形式爆发之后。

但在 2007 年，亚利桑那州立大学的合著者 Ariel Anbar 分析了来自西澳大利亚麦克雷山页岩的岩石，报告称在氧气成为大气中的永久固定物之前大约 50 到 1 亿年有短暂的氧气气味。最近的研究证实了其他更早的短期氧气峰值，但没有解释它们的上升和下降。

在这项新研究中，由共同通讯作者乔尔·布鲁姆 (Joel Blum) 领导的密歇根大学研究人员分析了相同古老岩石中火山喷发释放的汞元素的浓度和中子数量。大型火山喷发将汞气体喷入高层大气，今天它在那里循环一两年，然后下雨到地球表面。新的分析显示，在氧气暂时升高之前的几百万年中，汞含量会出现峰值。

“果然，在氧气瞬时峰值下方的岩石中，我们发现了汞的证据，无论是丰度还是同位素，这最有理由用火山喷发到大气中来解释，”共同作者、华盛顿大学教授罗杰·别克说。地球与空间科学。

这些是来自西澳大利亚麦克雷山页岩的岩石钻芯。先前的分析表明，在 24 亿年前的大氧化事件之前，大气中存在“一股氧气”气息。新的分析显示，火山产生的矿物质的峰值稍早，这可能使早期的微生物群落受精以产生氧气。图片来源：罗杰别克/华盛顿大学

作者推断，在有火山排放的地方，一定有熔岩和火山灰场。这些营养丰富的岩石会在风雨中风化，将磷释放到河流中，使附近的沿海地区肥沃，使产氧蓝藻和其他单细胞生命形式蓬勃发展。

“还有其他营养素可以在短时间内调节生物活动，但磷是长期最重要的一种，”Meixnerová 说。

今天，磷在生物材料和农业肥料中含量丰富。但在非常古老的时代，火山岩的风化可能是这种稀缺资源的主要来源。

“在太古代大气下的风化过程中，新鲜的玄武岩会慢慢溶解，将必需的大量营养元素磷释放到河流中。这将为生活在浅海沿岸地区的微生物提供食物，并引发生物生产力的增加，从而创造，作为副产品，氧气峰值，”Meixnerová 说。

别克说，这些火山和熔岩场的确切位置尚不清楚，但现代、加拿大和其他地方存在大约年龄合适的大型熔岩场。

“我们的研究表明，对于这些短暂的氧气气味，直接触发的是氧气产量的增加，而不是岩石或其他非生命过程的氧气消耗量减少，”别克说。“这是重要的，因为存在氧气在大气中是根本性的，它是大型的，复杂生命进化的最大的驱动力。”

最终，研究人员表示，这项研究表明了行星的地质可能如何影响其表面演化的任何生命，这一理解有助于在寻找宇宙生命的过程中识别宜居的系外行星或太阳系外的行星。

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