(相關(guān)資料圖)

由于藻類和植物的光合作用，氧氣作為副產(chǎn)品產(chǎn)生并釋放到大氣中，導(dǎo)致大氣氧含量的上升。然而，光合作用理論并不能完全解釋氧氣水平的增加。這是因為當(dāng)藻類和植物死亡時，它們會被微生物吞噬，這是一個從大氣中消耗氧氣的過程。因此，大氣中的氧含量是光合作用產(chǎn)生的氧氣與死亡植物和藻類分解后損失的氧氣之間的平衡。

為了使大氣中的氧氣含量更高，分解的過程必須被減緩或停止。這是通過所謂的礦物促進的有機碳保存來實現(xiàn)的，海洋中的礦物，特別是鐵氧化物顆粒，與死去的藻類和植物結(jié)合，并抑制它們的腐爛和分解?？偟慕Y(jié)果是氧氣水平的增加。

多年來，科學(xué)家們一直知道礦物顆?？梢耘c死亡藻類和植物等有機物結(jié)合，使它們不易受到微生物的攻擊，并保護它們不受腐爛過程的影響。然而，鐵氧化物促進的有機碳埋藏對大氣氧演化的影響目前還缺乏理論模型和數(shù)據(jù)支持。

近日，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員趙明宇與英國學(xué)者合作，開發(fā)了一個新的包含碳、氧、磷、硫、鐵等循環(huán)的全球生物地球化學(xué)模型。在這個模型里，研究人員加入鐵氧化物促進的有機碳埋藏。通過模型的運行，他們發(fā)現(xiàn)相較于磷風(fēng)化，鐵氧化物促進的有機碳埋藏是影響大氣氧含量的一個獨立的因素，可以引起大氣氧含量發(fā)生數(shù)量級的變化。另外，模型結(jié)果還表明磷風(fēng)化對大氣海洋氧含量的影響程度受控于鐵風(fēng)化的通量。在鐵風(fēng)化通量高的時候，磷風(fēng)化的降低并不能導(dǎo)致海洋大氣氧含量發(fā)生顯著的變化。

研究人員進一步統(tǒng)計了頁巖中鐵氧化物含量在地質(zhì)歷史時期演化的數(shù)據(jù)，總共統(tǒng)計了81個文獻的6381個數(shù)據(jù)。這一數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明沉積物中鐵氧化物的儲庫在新元古代發(fā)生顯著的增加，這很好地對應(yīng)了同時期大氣氧含量的增加，即NOE事件。這一對應(yīng)關(guān)系從數(shù)據(jù)上進一步證明了鐵氧化物促進的有機碳埋藏在大氣氧演化過程中的作用。另一方面海洋-大氣的氧化會進一步將沉積物中的黃鐵礦氧化成鐵氧化物，這些新增的鐵氧化物又會促進有機碳的埋藏，形成一個正反饋機制。

這項研究不僅加深了對地球大氣層充氧方式的理解，還讓人們得以一窺復(fù)雜生命在其他行星上發(fā)展所需的條件。研究提供了一個新的理解，即地球大氣層是如何變得富氧的，這最終使復(fù)雜的生命形式得以進化。地球上有水只是故事的一部分。需要有陸地來提供礦物顆粒的來源，這些礦物顆粒最終會流入海洋，最終導(dǎo)致星球大氣氧含量的上升。

相關(guān)研究成果近期發(fā)表在《自然-地球科學(xué)》（Nature Geoscience）上。

論文鏈接

地質(zhì)歷史時期頁巖中的鐵氧化物含量與大氣-海洋氧含量的演化