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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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