宇宙的大氣是怎麼形成的（地球大氣是怎麼來的）

2023-08-22 18:25:16 2

一項新的研究表明，在類似地球這樣古老的行星上，可呼吸的大氣可能不像我們想像的那麼稀罕。

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地球擁有適宜人類生存的大氣，大氣是由於引力作用而環繞行星的氣體圈層，我們人類生活在地球大氣的底部，大氣是人類生存的關鍵。大氣為地球生命的繁衍，人類的發展，提供了理想的環境。它的狀態和變化，無時無刻不在影響著人類的活動與生存。一直以來，人類在尋找除地球以外的系外行星投入了大量研究，但是始終無果，難道除了地球外，就沒有一顆行星可以像地球一樣誕生適宜人類生存的大氣嗎？而這項最新研究徹底打破了這個傳統觀點。

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事實表明科幻小說也許是對的，宇宙中可能有可呼吸的大氣。在過去的幾年裡，人們發現了大量的系外行星。至少在初步觀察中，其中一些星球處於我們所認為的「可居住區」地帶。但其中有多少會有與地球相同的生命維持、富氧大氣呢？地球花了很長時間才形成我們現在所享受的含氧大氣。大約24億年前，我們的星球大氣和海洋中的氧氣還少得多。後來當一個重要的氧合事件發生時，一切都改變了，氧合事件造成了地球的三個變化，這三個變化塑造了地球大氣的雛形。

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地球氧合的三個變化模型被科學界廣泛理解和接受，該模型概述了地球歷史上的三個主要變化，每一個變化都通過增加氧氣而實質性地改變了地球的大氣層。

這三件變化是：

一、24億多年前的古元古代發生了巨大的氧化事件。在這種情況下，生物產生的氧氣積聚在海洋和大氣中，可能導致最初的大規模滅絕。

二、新元古代的氧合事件見證了氧含量的急劇上升，大約在5.4億年前寒武紀爆發之前。

三、古生代氧合事件發生在4億年前，氧含量已達到目前的21%左右。

地球氧化的歷史是複雜的。這不是一個線性的過程。起初，氧氣是由生命形式產生的副產品，大部分被地殼吸收。氧具有高度的活性，它與其他元素形成各種化合物並被鎖在地殼中。特別是，它與鐵反應生成地質記錄中的氧化鐵，這是氧氣進入大氣層時最重要的標誌之一。比如澳大利亞的帶狀鐵質地層，科學界認為這些物質是在地球大氧合事件期間隨著氧氣的釋放在海水中形成的。`

不過，圍繞這一模式有很多爭論。根據對該模型的一種理解，海洋中的光合細菌產生了大量的早期氧氣。幾億年後，陸地上的行星出現，再次提高了氧氣的含量。也有證據表明板塊構造和大規模火山爆發起了作用。這個模式意味著創造一個富氧世界需要一定程度的運氣。如果一次火山噴發沒有發生，或者某種生物沒有進化，那麼氧氣可能會停滯在低水平上。但是幸運的是我們擁有了正確的微生物和板塊構造，它們都是30億年前建立起來的，我們達到現在的氧氣水平只是時間問題，不管火山和陸地植物有沒有發生變化。

正如研究表明，導致地球氧化的不是外力，而是一系列涉及全球磷、碳和氧循環的內部反饋。事實上，這些內部機制是產生地質記錄中觀察到的三個變化的關鍵！

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這是顯微鏡下的藍藻，科學家認為是他們推動了這一偉大的氧合事件。但是他們是怎麼得出這個結論的呢？

據了解科學家使用了一個已經建立的海洋生物地球化學模型並對其進行了修改。他們將這個模型應用於地球的所有歷史，發現它自己產生了三個主要的氧合事件。這項研究真正檢驗了我們對地球如何變得富氧，從而能夠支持智慧生命的理解。

目前地球氧合歷史事件背後的主導思想依賴於兩大類事件來解釋。一個是生命形式中產生氧氣的主要進化發展。基本上是「生物革命」，生命形式變得越來越複雜，並創造了富氧環境。第二類是構造革命：構造活動的戲劇性和特殊的增加，包括顯著的火山活動，它改變了地殼並導致更高的氧氣水平。根據公認的觀點，重要的火山事件是產生地球今天富氧大氣的必要條件。但一項新的研究表明，它們並不必要條件。

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關於這兩個事件的確切性質，有很多爭論，但是這項新的研究給了科學家更多的思考。新的研究指出磷、碳和氧之間的反饋循環，而不是依靠地質記錄中可以精確定位的「逐步」事件來解釋氧化作用。研究還表明氧合是不可避免的，科學家的模型表明，一旦產生氧氣的微生物進化，地球的氧合就能夠維持複雜的生命。

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這種新模式的核心是海洋磷循環。這種轉變是由海洋磷循環對氧含量變化的反應方式以及這種變化對光合作用（光合作用需要磷）的影響所驅動的。研究表明，全球磷、碳和氧循環之間的關係是了解地球氧合歷史的基礎。這將有助於我們更好地理解一個系外星球的宜居性，事實上，科學家通過苔絲凌日衛星已經發現不少類似地球大氣的行星，而這項研究進一步提高了一些系外行星宜居的希望。