根据最近的地球化学发现，地球的“大氧化事件”持续了2亿多年

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根据最近的地球化学发现，地球的“大氧化事件”持续了2亿多年。来源：CC0公共域

（）据犹他大学：大约25亿年前，自由氧（O2）首次开始在地球大气层中积累到有意义的水平，为我们进化中的星球上复杂生命的兴起奠定了基础。

科学家们将这种现象称为大氧化事件，简称GOE。但根据犹他大学地球化学家领导的一项新研究，O2在地球上的最初积累并不像这个名字所暗示的那样简单。

这一“事件”至少持续了2亿年。地质与地球物理系助理教授Chadlin Ostrander说，到目前为止，追踪海洋中O2的积累一直非常困难。

“新出现的数据表明，地球大气中O2的最初上升是动态的，断断续续地发展到2.2。6月12日发表在《自然》杂志上的这项研究的主要作者Ostrander说：“我们的数据验证了这一假设，甚至将这些动力学扩展到海洋，更进一步。”。"

他的国际研究团队专注于南非德兰士瓦超群的海洋页岩，深入了解了地球历史上这一关键时期的海洋氧化动力学。通过分析稳定的铊（Tl）同位素比率和氧化还原敏感元素，他们发现了海洋O2水平波动与大气氧气变化相一致的证据。

这些发现有助于加深对在地球历史上为我们所知的生命进化铺平道路的关键时期塑造地球O2水平的复杂过程的理解。

Ostrander说：“我们真的不知道海洋里发生了什么，地球上最早的生命形式可能起源和进化于海洋。”Ostrander去年从马萨诸塞州的伍兹霍尔海洋研究所加入了美国大学。“因此，了解海洋的O2含量以及它是如何随时间演变的，对早期生命来说可能比大气更重要。”

这项研究建立在Ostrander的合著者英国利兹大学的Simon Poulton和加州大学河滨分校的Andrey Bekker的工作基础上。在2021年的一项研究中，他们的科学家团队发现，直到全球氧化过程开始约2亿年后，O2才成为大气的永久组成部分，比之前想象的要晚得多。

缺氧大气的“确凿证据”是GOE之前的沉积记录中存在罕见的、与质量无关的硫同位素特征。地球上很少有过程能产生这些硫同位素特征，根据已知情况，它们在岩石记录中的保存几乎肯定需要大气中没有O2。

在地球存在的前半段时间里，其大气层和海洋基本上没有氧气。这种气体似乎是在GOE之前由海洋中的蓝藻产生的，但在早期，O2在与暴露的矿物和火山气体的反应中迅速被破坏。

Poulton、Bekker及其同事发现，罕见的硫同位素特征消失了，但随后又重新出现，这表明在GOE期间，大气中的O2多次上升和下降。这不是一个单一的“事件”

Ostrander说：“当氧气开始产生时，地球还没有做好充氧的准备。地球需要时间进行生物、地质和化学进化，以利于充氧。”。“这就像一个摇摇欲坠的蹒跚学步的孩子。你有氧气生产，但你有这么多氧气破坏，什么都没有发生。我们仍在努力弄清楚什么时候我们已经完全颠覆了天平，地球不能倒退到缺氧的大气中。”

为了绘制GOE期间海洋中的O2水平，研究团队依靠Ostrander在稳定铊同位素方面的专业知识。

同位素是同一元素的原子，它们的中子数量不等，重量略有不同。一种特定元素的同位素比例为考古学、地球化学和许多其他领域的发现提供了动力。

质谱技术的进步使科学家能够准确分析元素周期表中越来越靠后的元素的同位素比率，如铊。Ostrander和他的团队幸运的是，铊同位素比率对海底氧化锰的埋藏很敏感，这一过程需要海水中的O2。

该团队检查了最近显示在GOE期间用稀有硫同位素追踪大气O2波动的同一海洋页岩中的铊同位素。

在页岩中，Ostrander和他的团队发现了质量较轻的铊同位素（203Tl）的明显富集，这种模式最好用海底氧化锰埋藏来解释，从而在海水中积累O2。

这些富集是在缺乏罕见硫同位素特征的同一样品中发现的，因此是在大气不再缺氧的情况下发现的。锦上添花的是：当罕见的硫同位素特征回归时，203Tl的富集量就会消失。这些发现得到了氧化还原敏感元素富集的证实，这是一种追踪古代O2变化的更经典的工具。

Ostrander说：“当硫同位素说大气变得有氧时，铊同位素说海洋变得有氧。当硫同位素认为大气再次恢复缺氧时，铊的同位素说海洋也是如此。”。

“因此，大气和海洋正在一起氧化和脱氧。对于那些对古代地球感兴趣的人来说，这是一个新的、很酷的信息。”