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来源:未知2019-12-03 11:24:15热度:

新研究指出与呼吸氧气有关的几个谜团的原因

地球的透气性是生命的关键,一项新研究表明,构造运动带来的一系列火山喷发增加了氧气的首次爆发。

 

赖斯大学的地球科学家所做的研究提供了一种新的理论,可以帮助解释大约25亿年前地球大气中氧气浓度很高的现象,这被科学家称为“大氧化事件”。这项研究发表在本周的《自然地球科学》上。

这项研究的主要作者,加利福尼亚大学河滨分校的美国宇航局博士后研究员詹姆斯·埃古奇(James Eguchi)说:“使这一独特之处在于,它不仅试图解释氧的上升,” 莱斯大学的论文。“它还试图解释一些紧密相关的表面地球化学,即碳同位素组成的变化,这种变化是在氧化事件发生后相对较短的时间内在碳酸盐岩记录中观察到的。我们正在尝试用单一的机理来解释每一个涉及地球深处的内部,构造和增强的火山二氧化碳脱气。”

江口市的合著者是赖斯地球,环境与行星科学系的实验和理论地球化学家兼教授拉吉德·达斯古普塔(Rajdeep Dasgupta),以及赖斯大学的研究生约翰尼·希尔斯(Johnny Seales),他帮助进行了模型计算,从而验证了这一新理论。

长期以来,科学家一直将光合作用(一种产生废氧的过程)作为GOE期间增加氧气的来源。达斯古普塔(Dasgupta)表示,新理论并没有轻视第一批光合生物蓝细菌在GOE中所扮演的角色。

他说:“大多数人认为氧气的增加与蓝细菌有关,他们没有错。” “光合生物的出现可以释放氧气。但是最重要的问题是,这种出现的时间是否与大氧化事件的时间一致。事实证明,它们并没有。”

蓝细菌在GOE之前就存在于地球上长达5亿年。虽然提供了许多理论来解释为什么氧气可能需要这么长时间才能在大气中出现,但达斯古普塔说,他还不知道有任何人试图同时解释碳酸盐中碳同位素比的显着变化GOE之后大约1亿年开始的矿物。地质学家将其称为Lomagundi事件,持续了几亿年。

 

一百个碳原子中的一个是同位素碳13,其他99个是碳12。在Lomagundi之前和之后形成的碳酸盐中,该1-99的比率已得到充分证明,但在此事件期间形成的碳酸盐中的碳13含量高出约10%。

江口说,与GOE有关的蓝细菌的爆炸长期以来一直被认为在洛马甘迪中起作用。

他说:“蓝细菌比碳13更喜欢碳12。” “因此,当您开始生产更多的有机碳或蓝细菌时,从中生产碳酸盐的储层中的碳12就会耗尽。”

江口说,人们试图用它来解释洛马贡迪,但时间安排又是一个问题。

他说:“当您真正查看地质记录时,碳13与碳12之比的增加实际上发生在氧气上升后的数千万年之内。” “因此,通过改变有机碳与碳酸盐的比例,很难解释这两个事件。”

Eguchi,Dasgupta和Seales到达的场景解释了所有这些因素,它们是:

  • 构造活动的急剧增加导致形成了数百座火山,这些火山将二氧化碳喷入了大气。
  • 气候变暖,降雨增加,反过来又增加了“风化”,这是地球贫瘠大陆上岩石矿物的化学分解。
  • 风化作用产生了富含矿物质的径流,该径流涌入海洋,支持了蓝细菌和碳酸盐的繁荣发展。
  • 这些有机碳和无机碳最终缠绕在海底,并最终在俯冲带被循环回到地球的地幔中,在那里,大洋板块被拖到各大洲之下。
  • 当沉积物重新融化到地幔中时,碳酸盐中所含的无机碳往往会提前释放,并通过俯冲区正上方的弧形火山重新进入大气。
  • 含碳极少的13的有机碳被吸收到地幔深处,并作为亿万年后从夏威夷等岛屿热点火山喷发的二氧化碳而出现。

江口说:“这是一个很大的循环过程。” “我们确实认为,大约在24亿年前,蓝细菌的数量增加了。这将推动我们的氧气增加。但是,蓝细菌的增长与碳酸盐的增加是平衡的。因此,碳12与碳13的比率并不相同。”直到蓝细菌的碳酸盐和有机碳都被俯冲到地球深处,地球化学才开始起作用,导致这两种形式的碳在不同的时间停留在地幔中。容易在岩浆中释放并在很短的时间内释放回地表Lomagundi从碳酸盐中第一个富含碳13的碳返回表面开始开始,直到富含碳12的有机碳返回更晚时结束。 ,

江口说,这项研究强调了深层地球过程可以在地表生命演化中发挥作用的重要性。

他说:“我们提议二氧化碳的排放对于生命的扩散非常重要。” “这实际上是试图结合这些更深层的过程过去如何影响我们星球的表面寿命。”

达斯古普塔(Dasgupta)还是NASA资助的一项名为CLEVER Planets的研究的主要研究者,该研究正在探索生命必需元素如何在遥远的系外行星上聚集在一起。他说,更好地了解地球如何变得可居住对研究可居住性及其在遥远世界的演变至关重要。

他说:“地球的历史似乎要求构造学在可居住性中发挥重要作用,但这并不一定意味着构造学对于氧的积累是绝对必要的。” “可能还有其他方式来建立和维持氧气,而探索氧气是我们在CLEVER Planets中试图做的事情之一。”

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