大約24億年前的大氧化事件期間，氧氣首次在地球大氣層中積聚。這就引出了一個存在了很久的謎團了，地質線索表明，早在大氧化事件數億年前，早期細菌就開始進行光合作用並釋放氧氣了，這些氧氣都到哪裡去了？

這肯定是有什麼東西阻止了氧氣的上升。一項對數十億年前岩石的新解釋發現，火山氣體可能就是罪魁禍首。這項研究由華盛頓大學領導，發表在《自然通訊》雜誌上。

該研究的第一作者Shintaro Kadoya是華盛頓大學地球和空間科學博士後研究員，他說：“這項研究重申了一個關於大氣氧氣進化的經典假設。這些資料表明，地球地幔的演化可以控制地球大氣的演化，甚至可能控制生命的演化。”

多細胞生命需要一定濃度的氧氣供應，所以氧氣積累對地球上呼吸氧氣的生命來說是進化的關鍵。

Kadoya說：“如果地幔的變化像這項研究表明的那樣控制了大氣中的氧氣，地幔可能最終也決定著生命進化的節奏。”

這項新研究建立在2019年的一篇論文的基礎上，該論文發現，早期地球的地幔比現代地幔氧化程度低得多，或者說含有更多能與氧氣反應的物質。該項研究的研究物件是35。5億年前的古火山岩，研究樣本來自包括南非和加拿大在內的地點。

斯克裡普斯海洋學研究所的羅伯特·尼克拉斯（Robert Nicklas）、馬里蘭大學的伊戈爾·普特爾（Igor Puchtel）和亞利桑那州立大學的阿里爾·安巴爾（Ariel Anbar）都是這項2019年研究的作者，同時，他們也是這篇新論文的共同作者，這篇新論文研究的是地幔的變化如何影響逃逸到地表的火山氣體。

在太古代時期，地球上只有微生物存在，當時的火山活動比今天的要更活躍。火山爆發以岩漿（熔融和半熔融岩石的混合物）以及火山逸出的氣體（即使不噴發時也會逸出）為動力。

而其中一些氣體會與氧氣反應或氧化，形成其他化合物。這是因為氧非常容易得到電子，所以任何有一兩個鬆散電子的原子都會與氧發生反應。例如，火山釋放的氫會與遊離的氧氣結合，把氧氣從大氣中帶走。

地幔或地殼下較軟的岩層的化學組成最終控制著熔岩和火山氣體的型別。早期的地幔氧化程度較低，會產生更多與遊離氧結合的氣體，如氫。2019年的研究論文顯示，從35億年前到現在，地幔逐漸被氧化。

而這項新研究將這些資料與來自古代沉積岩的證據結合起來，顯示25億年前的某個時候存在一個臨界點，那時微生物產生的氧氣超過了火山氣體導致的損失，氧氣開始在大氣中積累。

研究合著者、華盛頓大學地球和空間科學教授大衛·卡特林（David Catling）說：“基本上，在光合作用進化後的數億年裡，可氧化火山氣體的數量能夠吞噬光合作用產生的氧氣。但當地幔本身變得更加氧化時，釋放出的可氧化火山氣體就更少了，此時沒有足夠的火山氣體來消耗空氣中的全部氧氣，氧氣就開始在空氣中積累。”

這對理解地球上覆雜生命的出現以及其他行星上存在生命的可能性具有重要意義。

Kadoya說：“這項研究表明，在考慮行星表面的演化和生命時，我們不能排除行星地幔這個因素。”

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考資料：https：//phys。org/news/2020-06-volcanic-earth-mantle-key-atmospheric。html