新研究重新界定地球大氧化事件发生时间及其周期

2022年2月28日，澳大利亚塔斯马尼亚大学报道了有关地球大氧化事件研究的最新进展。塔斯马尼亚大学、美国卡耐基研究院（Carnegie Institute）和加拿大多伦多大学的科学家合作开展的一项新的国际研究，对地球大氧化事件提出了全新的理论解释。相关成果在线发表于近期出版的学术期刊Geosystems and Geoenvironment。

氧气对生命至关重要，但促使地球大气中氧气首次上升的原因，以及它发生的确切时间，在过去70年里一直困扰着科学家。大多数科学研究表明，大约24亿年前，氧气含量迅速上升，然后在接下来的2亿年里，氧气含量急剧下降。这一事件被称为大氧化事件（GOE）。

该新研究认为，大气中氧气含量的上升是一个非常缓慢的过程，发生于约28亿年到18亿年前，这与大陆板块在超大陆循环期间的碰撞和海洋中蓝藻的进化有关。大气中的氧气在10亿年的时间里不断增加，约19亿年前所达到的峰值水平接近现在大气氧含量的21%。研究表明，地壳中矿物的演变与氧气的增加有关，因为新的金属氧化物的出现是随氧含量的增加而增加的。该新理论是通过测量岩石和海底矿物的氧化还原化学过程得出的。

研究团队建立了大量关于各种矿物化学成分的数据库，涉及过去15年收集的数万份分析数据。研究人员指出，全球范围内数据驱动研究的趋势日益凸显，该新研究结论的得出正是基于一系列矿物和同位素的丰富数据。之前的很多研究都依赖于有限的分析，并通过计算机模型来填补数据并试图预测结果，这往往导致“线性”的解释，而忽略了地质时期地球过程上下起伏的循环。

地球氧气含量的首次上升伴随着二氧化碳和甲烷含量的下降，使海洋和大气环境更适合生命生存。研究表明，随着氧气含量的增加，海洋的化学成分发生了变化，有毒元素减少，对生命重要的元素，如磷、钼和锌，变得更容易促进生命进化与变化。这些重大变化是由与超大陆旋回相关的大陆漂移的首次发展带来的，超大陆旋回描述了地球上最大的大陆块的组合、稳定及其破裂的过程。在每个超大陆循环的第一阶段，板块碰撞引发造山作用，导致营养物质被侵蚀到海洋，从而刺激了生命过程，并向大气中释放氧气。研究认为，造山的两个阶段促进了地球氧含量的增加、新矿物质的产生和早期生命的进化。第一次发生在28亿年前，形成了Kenorland超大陆。第二次发生在21亿年前，形成了Nuna超大陆。第三个氧循环开始于10亿年前，从那以后循环的频率从大约2亿年前增加至6千万年前。根据该团队之前的研究，每次氧循环都以生物大规模灭绝结束，但随后很快就出现了进化的大爆发。研究人员根据地球周期预测，下一次大灭绝将发生于约3000万年之后。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2022年第5期，张树良 编译。