25亿年前岩石显示火山爆发引发了地球大气首批“氧气”的产生

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，这位第一批进入大气的氧气创造了条件。这将改变现有的关于地球早期大气的故事，这些故事假定早期大气的大多数变化是由地质或化学过程控制的。

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虽然关注的是地球的早期历史，但这项研究对地外生命甚至气候变化也有影响。由华盛顿大学、密歇根大学和其他机构领导的这项研究最近发表在《Procedings of the National Academy》上。

这项研究的论文第一作者、华盛顿大学地球和空间科学博士生Jana Meixnerová说道：“在过去几十年里开始变得明显的是，在固体、非生命的地球和生命的进化之间实际上有相当多的联系。但有哪些具体的联系促进了我们所知的地球上的生命进化？”

在最早的时候，地球的大气层中没有氧气，即使有也很少有呼吸氧气的生命体。地球的大气层在约24亿年前变得永久富氧，可能是在光合作用的生命体爆发后将二氧化碳和水转化为氧气。

但在2007年，论文合著者、来自亚利桑那州立大学的Ariel Anbar分析了来自西澳大利亚麦克雷山页岩的岩石。报告称，在氧气成为大气层中的永久固定物之前，约5千万到1亿年就出现了短期的一缕氧气。最近的研究证实了其他更早的短期氧气高峰，但还没有解释它们的上升和下降。

在这项新研究中，密歇根大学的研究人员在论文共同通讯作者Joel Blum的领导下，分析了同样的古代岩石中由火山喷发排放的汞元素的浓度和中子数。大规模的火山喷发将汞气吹入大气层上部，今天它在那里循环了一两年，然后降到地球表面。新分析显示，在氧气暂时上升之前的几百万年，汞的含量激增。

论文共同作者、华盛顿大学地球和空间科学教授Roger Buick表示：“果然，在氧气的暂时性高峰下面的岩石中，我们发现了汞的证据，无论是其丰度还是同位素，都可以最合理地解释为火山爆发进入大气。”

研究人员们认为，在有火山喷发的地方，一定有熔岩和火山灰场。而那些富含营养的岩石会在风和雨中风化，将磷释放到河流中，使附近的沿海地区肥沃起来并使产氧的蓝藻和其他单细胞生命体繁荣起来。

Meixnerová指出：“还有其他营养物质可以在短时标上调节生物活动，但磷是在长时标上最重要的一种营养物质。”

现在，磷在生物材料和农业化肥中是非常丰富的。但在非常古老的时代，火山岩的风化作用将是这种稀缺资源的主要来源。

“在太古时代大气层下的风化过程中，新鲜的玄武岩会慢慢溶解并将重要的宏观营养素磷释放到河里，”Meixnerová说道，“这将滋养生活在浅海区的微生物并引发生物生产力的提高，作为副产品，这将创造一个氧气高峰。”

Buick指出，虽然这些火山和熔岩区的确切位置尚不清楚，但在现代印度、加拿大和其他地方存在着约合适年龄的大型熔岩区。

“我们的研究表明，对于这些短暂的氧气，直接的触发因素是氧气生产的增加，而不是岩石或其他非生物过程的氧气消耗的减少，”Buick说道，“这很重要，因为大气中氧气的存在是根本性的--它是大型复杂生命进化的最大驱动力。”

最终，研究人员表示，这项研究表明一个星球的地质学可能如何影响其表面的任何生命进化，这种理解有助于在宇宙中寻找生命的过程中确定可居住的系外行星或太阳系外的行星。

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