大氧化事件之谜 镍大量减少导致氧气浓度剧增

加拿大科学家通过对水成岩的分析显示,27亿年到25亿年前,地球上镍的数量大大减少,导致空气中氧气浓度大大增加,从而产生了所谓的“大氧化事件”,地球上的生物多样性发生了爆炸性进化。这是科学家首次揭开大氧化事件的秘密,该项研究发表在最新一期《自然》杂志上。
目前,氧气占地球大气的21%,它是生命存活和延续的重要基础。地球目前已存在了45亿年,而在地球存在的前半期并没有氧气存在,氧只是以元素的状态存在于水或岩石中。之后,氧气才开始出现在大气和海洋中,但在大气中的含量仍不足1%。大约27亿年前,地球中的氧气突然开始聚集,这就是所谓的“大氧化事件”。
氧气作为一个分子很容易引起化学反应,除非它能持续不断地产生,否则它就会慢慢消失。现在,大气中氧气的浓度由植物的光合作用产生,光合作用将太阳光转变为化学能和氧气。
第一个促进光合作用的微生物是一种水生细菌,又叫蓝绿藻。科学家认为,在大约25亿年前的大氧化事件发生之前,蓝绿藻已经在地球上生活了大约3亿年,但它们产生的氧气很快被产甲烷细菌产生的甲烷所破坏,产甲烷细菌能够进行无氧呼吸。科学家认为,在早期大气的几亿年内,产生甲烷的微生物阻止了氧气的聚集。
这些产甲烷细菌都生活在有水的地方,它们能够在沼泽和水塘等缺氧环境下主要依靠镍来生存,没有丰富的镍,这些产生甲烷气体的酶就会受损。
加拿大艾伯特大学地球与大气科学系地质微生物研究室主任库尔特·孔浩司对取自澳大利亚西部地下深处的一类水成岩进行了分析,水成岩能在其内部保存岩石形成时发生的氧化和其他化学反应的证据,这些水成岩能够监测38亿年前海洋中镍的含量。科学家发现,在27亿年前到25亿年前之间———大氧化事件发生的时期,镍的数量大大减少。
华盛顿卡内基研究中心的多米尼克·帕皮诺称,时机非常符合,镍数量的减少削减了破坏氧气的甲烷的产生,因此触发了大氧化事件。
孔浩司团队也认为,在此段时间内,地壳变凉,火山喷发很少,因此火山爆发时喷入海洋中的镍的数量大大减少,使一些产生甲烷的微生物慢慢消亡。
科学家最后指出,尽管大氧化事件没有引起氧气浓度的突然增加,达到我们目前大气中的水平,但它确实让氧气不可逆转地增加了。
(来源:科技日报 2009-04-14)