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新發現：地球上永久性氧氣濃度上升發生的時間，比以往推測的晚了1億年

根據一項新的研究，地球向永久擁有含氧大氣的轉變過程中，比之前認為的要長1億年。
45億年前地球剛形成時，大氣中幾乎沒有氧氣。但是24.3億年前，發生了一些特殊事件：氧氣水平開始上升，然后下降，伴隨著氣候的巨大變化，包括幾次可能覆蓋整個地球的冰期。
在這個時期形成的巖石中的化學特征表明，在23.2億年前，氧氣濃度是地球大氣的永久特征。正是地球大氣層中氧氣的永久性濃度上升，從根本上改變了地球后來的宜居性。
但一項對23.2億年前之后的時期進行的新研究發現，在22.2億年前地球最終達到一個永久的臨界點之前，氧氣水平仍在來回波動。
新發現：地球上永久性氧氣濃度上升發生的時間，比以往推測的晚了1億年
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【新發現：地球上永久性氧氣濃度上升發生的時間，比以往推測的晚了1億年】這項新研究發表在《自然》(Nature)雜志上，它將科學家所稱的大氧化事件的持續時間延長了1億年。研究人員通過分析大氧化事件發生時沉積在海洋中的南非巖石，發現早期大氣中的氧氣是短暫存在的，直到很久以后，氧氣才成為大氣的永久特征。
“我們現在才開始看到這個事件的復雜性，”該研究的合著者、加州大學河濱分校的地質學家安德烈·貝克(Andrey Bekker)表示。
大氧化事件中產生的氧氣是由海洋藍藻細菌制造的，這是一種通過光合作用產生能量的細菌。光合作用的主要副產品是氧氣，而早期的藍藻細菌最終產生了足夠的氧氣，來永遠重塑地球的面貌。
這種變化的特征在海相沉積巖中可見。在無氧的大氣中，這些巖石含有某些硫同位素。當氧氣激增時，這些硫同位素就會消失，因為在氧氣存在的情況下，產生硫同位素的化學反應不會發生。
貝克和他的同事們長期以來一直在研究這些硫同位素信號的出現和消失。他們和其他研究人員注意到，大氣中氧氣含量的升降似乎與25億至22億年前發生的三次全球冰川作用有關。但奇怪的是，這一時期的第四次也是最后一次冰期并沒有與大氣含氧量的變化聯系在一起。
研究人員對此感到困惑。“為什么我們有四次冰川事件，其中三次可以通過大氣氧的變化聯系起來并解釋，但第四個是獨立的？”
為了找到答案，研究人員研究了來自南非的年輕巖石。這些海相巖石覆蓋了“大氧化事件”的后期，從第三次冰川作用的余波到大約22億年前。
他們發現，在第三次冰期之后，大氣最初是無氧的，然后氧氣又上升和下降。23.2億年前，氧氣含量再次上升——科學家們此前認為這一水平的上升是永久性的。但在較年輕的巖石中，貝克和他的同事再次檢測到含氧量下降。這一下降正好與最后的冰期相吻合，而這之前并沒有被認為與大氣變化有關。
研究人員仍在研究導致這些波動的原因，但他們已經有了一些想法。其中一個關鍵因素是甲烷，一種比二氧化碳更能吸收熱量的溫室氣體。
今天，與二氧化碳相比，甲烷在全球變暖中扮演的角色很小，因為甲烷與氧氣發生反應，在大約10年內就會從大氣中消失，而二氧化碳會在大氣中存在數百年。但當大氣中幾乎沒有氧氣時，甲烷的存在時間要長得多，而且是一種更重要的溫室氣體。
所以氧化作用和氣候變化的順序可能是這樣的：藍藻細菌開始產生氧氣，它與當時大氣中的甲烷反應，只留下二氧化碳。這些二氧化碳的含量不足以彌補失去的甲烷造成的變暖效應，所以地球開始變冷。之后冰川擴張，地球表面變得冰冷。
將地球從永久的冰凍中拯救出來的，是冰下火山。火山活動，最終使二氧化碳水平上升到足以再次使地球變暖的水平。由于藍藻接受的陽光減少，被冰層覆蓋的海洋中的氧氣生產滯后，而來自火山和微生物的甲烷再次開始在大氣中堆積，進一步升溫。
但是火山的二氧化碳水平還有另一個重要影響。當二氧化碳與雨水反應時，就會形成碳酸，碳酸比ph中性的雨水溶解巖石更快。巖石的快速風化，會給海洋帶來更多的營養物質，比如磷。
在20多億年前，這樣的營養物質的涌入將會使海洋產氧藍藻進入一種瘋狂的生產狀態，再次提高大氣中的氧氣水平，降低甲烷含量，從而重新開始整個循環。
最終，另一個地質變化打破了這個氧化冰期循環。這種模式似乎在22億年前就結束了，當時巖石記錄顯示有機碳被掩埋的數量在增加，這表明光合作用的生物正處于鼎盛時期。
沒有人確切知道是什么觸發了這個臨界點。貝克和他的同事們假設，這一時期的火山活動為海洋提供了新的營養物質流入，最終為藍藻提供了它們茁壯成長所需的一切。

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