标题: 地球大气中的氧气在什么时候出现? [打印本页]

作者: angizao    时间: 2019-4-2 21:09
标题: 地球大气中的氧气在什么时候出现?

雪球地球


地球在大约45.4亿年前形成,几亿年后,地球上就已经进化出了生命。自那时起,生命在地球上蓬勃发展,不断进化,使得它们能够在地球上几乎所有的环境生态位中找到生存之道。
但在地球形成大约20亿年之后,也就是距今25亿年前,地球上的生命几乎灭绝,其元凶就是如今几乎所有的地球生命都离不开的生存要素——氧气。在那时,大气中的氧气浓度突然大幅度升高,这种气体对于当时的生物体是致命的,这就是大氧化事件。
自大氧化事件发生数亿年来,地球的温度逐渐下降,最终进入了最为严重的冰河时期——休伦冰河时期,整个地球表面都被冰冻,形成“雪球地球”。这场灾难几乎彻底毁灭了当时的地球生命,此后的地球迎来了另一番景象。

蓝藻细菌


最初的地球上并没有氧气,所有的地球生命都是厌氧生物。直到35亿年前,地球上出现了最早的光合作用生物——蓝藻细菌。这种原核生物能够利用太阳能、二氧化碳和水进行光合作用,同时排出废气——氧气,这种气体对于厌氧生物来说是致命的有毒气体。
到了25亿年前,蓝藻细菌在地球的海洋中大规模繁殖,它们的数量呈指数式的增长。蓝藻细菌向大气中排放出了大量的氧气,大气中的氧气浓度急剧升高,从而导致当时的厌氧生物大规模灭绝。
那么,大氧化事件又是如何导致整个地球被冰封呢?


太阳的光度会随着时间的推移而逐渐增加,因为更重的氦原子核会在中心逐渐积累起来,使得太阳的核心不断坍缩,从而加快氢核聚变的速率,导致太阳的温度逐渐升高。在太阳刚刚形成时,早期太阳的辐射功率只有现在的80%。
在大氧化时期,太阳的光度仍然比现在低了一些,所以地球接收到的热量也会更少。但那时地球大气中的甲烷浓度比较高,而甲烷是一种强烈的温室气体,可以给地球起到保温作用,所以那时的地球也不会很冷。
由于大氧化事件导致氧气浓度大幅度升高,大量的氧气会消耗掉甲烷,失去了甲烷的温室效应,地球的温度开始大幅度降低。随着地球表面被冰雪覆盖的区域越来越大,地球接收到的热量也会越来越少,因为地球的总反射率在逐渐升高。最终,地球进入了休伦冰河时期,整个地球被冰封长达3亿年。

大氧化事件


尽管这对地球上的生命来说是灾难性的,但地球生命并没有因此而完全消失。蓝藻菌继续在地球上繁衍生息,而其他较小的生物种群面对巨大的自然选择压力和不断变化的环境,朝着不同的方向进化。更复杂的生物,积累了大量的基因和新的能力,它们生存的机会更高,因为它们更能适应变化。
与此同时,火山继续在冰层下喷发。这些二氧化碳的积累会增加大气中的温室效应,而同时产生的火山灰又会降低地球的反射率,地球的温度逐渐升高,最终摆脱这个冰川时代。


在休伦冰河时期结束之后,地球上出现了最早的真核生物。最终,原始的真核生物逐渐演化成了后来的原生生物、植物、真菌和动物。
如果氧气没有破坏早期地球的富含甲烷大气层,没有摧毁当时的优势物种,没有让其他新的生物得以进化,那么,包括人类在内的各种复杂生命很有可能就不会出现在地球上。






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