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在大约24亿年前的大氧化事件期间，氧气首次积聚在地球大气层中。然而，地质线索表明，在更早的数亿年前，古细菌就已经在进行光合作用并释放氧气了。那么这些氧气去哪里了呢？科学家们认为，一定有什么阻止了氧气浓度的上升。
近日，美国华盛顿大学领导的研究团队发现，火山气体可能是罪魁祸首。相关论文发表在《自然·通讯》杂志上。“该研究唤起了大气氧气演化的一个经典假设。”华盛顿大学地球和空间科学博士后Shintaro Kadoya说，“数据表明，地幔的演化可能控制着地球大气的演化，甚至可能还与生命演化有关。”多细胞生物需要一定浓度的氧气供给，因此氧气在大气中的积聚是地球上呼吸氧气的生命进化的关键。
这项新研究建立在2019年的一篇论文的基础上。该论文认为，早期地球地幔的氧化程度比现代地幔低得多。在只有微生物存在的太古代，地球上的火山活动比今天更活跃。火山爆发会使岩浆以及各种气体溢出。其中一些气体会与氧气反应形成其他化合物。例如，火山释放的氢与游离的氧气结合，把氧气从大气中带走。地幔或地壳下较软的岩层的化学组成最终控制着熔岩和来自火山的气体的类型。早期的地幔氧化程度较低，能产生更多的气体。从35亿年前到今天，地幔逐渐被氧化。
新研究将这些数据与来自古代沉积岩的证据结合起来，发现了出现在25亿年前某个时候的一个临界点：微生物产生的氧气量超过了火山气体所吸收的量，开始在大气中积累。“在光合作用出现后的几亿年里，火山气体基本上可以消耗掉所有氧气。”论文共同作者、华盛顿大学地球和空间科学教授David Catling说，“但当地幔自身氧化程度逐渐增加后，可以与氧气反应的火山气体就减少了。”
该研究对理解地球上复杂生命的出现以及其他行星上存在生命的可能性具有重要意义。Kadoya说:“这项研究表明，在考虑行星表面的演化和生命时，我们不应该把行星地幔排除在外。”
科界原创
编译：Sky
审稿：alone
责编：雷鑫宇
期刊来源：《自然·通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/uow-vaa060920.php
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