有多低？这项研究试图解决关于地球早期大气中氧的争论

科学家们长期以来一直在争论地球早期大气中有多少分子氧。大约24亿年前，氧气的增加改变了地球的大气层和生物圈，最终使像我们这样的生命成为可能。这种转变被称为“大氧化事件”。但在此之前大气中有多少氧气？

由前亚利桑那州立大学博士生阿莱莎·约翰逊（Aleisha Johnson）领导的一个科学家团队一直致力于揭开大氧化事件的神秘面纱。

约翰逊和她的团队通过计算机建模，确定了在大氧化事件之前地球表面可能存在多少氧气，以及对早期地球生命的影响。

约翰逊说：“我们都呼吸氧气，我们都生活在已知的唯一一个可能存在氧气的星球上。”。“通过我们的研究，我们更进一步了解了地球是如何过渡到富氧大气并保持这种状态的。”

他们的研究结果发表在《科学进展》上。

由来已久的难题

研究地球岩石记录的地球科学家发现，关于地球早期大气的证据似乎相互矛盾。一方面，在大氧化事件之后发现的氧气的“指纹”在那之前大部分都不存在，导致一些科学家认为它不存在。

但最近的发现表明，至少有一些常见矿物在氧气存在的情况下会发生剧烈反应，而至少有一些化学元素（如钼）会向海洋供应，当氧气存在时，钼会积聚在河流和海洋中。相互矛盾的证据线造成了一个长期的难题。

“证据似乎是矛盾的，但我们知道必须有一个解释，”约翰逊说，他现在是芝加哥大学的国家科学基金会博士后研究员。

为了帮助解决这个难题，约翰逊和她的团队编写了一个计算机模型，该模型使用了已知的钼的环境化学、矿物质与少量氧气的反应以及其他人对古代沉积岩中钼丰度的测量，找出24亿年前地球大气中可能存在的氧气含量范围。

约翰逊说：“这个计算机模型有助于我们量化产生岩石记录中可见的化学物质实际需要多少氧气。”。

研究小组发现，解释钼证据所需的氧气量非常少，因此不会留下很多其他指纹。

“有句老话说‘没有证据就没有证据’，”该研究的合著者阿里尔·安巴尔（Ariel Anbar）说，他是ASU地球与空间探索学院和分子科学学院的教授。“到目前为止，我们认为在大氧化事件发生之前，氧气是不存在的，这主要是由于缺乏证据。现在我们有理由认为氧气的含量比以前检测到的水平要低。”

这一发现支持了其他证据，表明氧可能是在大氧化事件发生之前很久由生物产生的。这反过来又有助于科学家找出地球系统的哪些变化导致了地球历史上最重要的变化之一。

“我们希望这些对古代大气氧气的限制能帮助我们了解大氧化事件的原因和性质。但这不仅仅是地球历史。当我们开始探索围绕其他恒星运行的类似地球的世界时，我们想知道像我们这样富氧的大气可能是常见的还是罕见的。因此，这项研究也有助于我们了解地球的历史。”ELP为在我们以外的行星上寻找生命提供了信息，”约翰逊说。

本研究的其他作者是伍兹霍尔海洋学研究所的Chadlin Ostrander、田纳西大学的Stephen Romaniello、乔治亚理工学院的Christopher Reinhard、橡树岭国家实验室的埃里森Grangey和加利福尼亚大学河滨的Timothy Lyons。