科學家提出產生地球氧氣的新機制
在地球歷史的最初二十億年中,空氣中幾乎沒有氧氣。雖然一些微生物在這一時期的後半段進行光合作用,但氧氣聚積的量還沒有達到足以影響全球生物圈的水平。
但大約在二十三億年前,這種穩定的低氧平衡發生變化,氧氣開始在大氣中聚積,最終達到現今維持生命的水平。這種快速注入被稱為大氧化事件 (Great Oxidation Event)。是什麼觸發了這一事件,並改變地球低氧的環境,仍是科學上的最大謎團。
在地球的歷史上,似乎有過兩次巨變,從低氧穩定態到高氧穩定態,一次在古元古代(Paleoproterozoic),一次在新元古代(Neoproterozoic)。美國麻省理工學院科學家提出的新假設認為,由於某些海洋中微生物和沉積物中的礦物質之間的相互作用,這些相互作用有助於防止氧氣被消耗,並引發一個自我放大的過程,使得越來越多的氧氣釋出到大氣中,氧氣最終開始在大氣中聚積。
研究利用數學和演化分析闡述了他們的假設,顯示在大氧化事件之前確實存在微生物,並演化出研究人員提出的與沈積物相互作用的能力。
麻省理工學院地球大氣和行星科學系教授丹尼·羅夫曼(Daniel Rothman)說:「地球歷史上最重要的生物地球化學循環,可能是大氣中的氧化作用。」研究團隊展示產生部分氧化有機物質(partially oxidize organic matter)的微生物、礦物質和地球化學環境的相互作用是如何反應以增加大氣中的氧氣。
【圖:互聯網;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2022年3月14日出版的《自然-通訊》期刊;標題是:Oxidative metabolisms catalyzed Earth’s oxygenation