地幔竟然控制着地球生命的演化，或对寻找外星生命有所启示

大约24亿年前的大氧化事件期间，氧气首次在地球大气层中积聚。这就引出了一个存在了很久的谜团了，地质线索表明，早在大氧化事件数亿年前，早期细菌就开始进行光合作用并释放氧气了，这些氧气都到哪里去了?

这肯定是有什么东西阻止了氧气的上升。一项对数十亿年前岩石的新解释发现，火山气体可能就是罪魁祸首。这项研究由华盛顿大学领导，发表在《自然通讯》杂志上。

该研究的第一作者Shintaro Kadoya是华盛顿大学地球和空间科学博士后研究员，他说:“这项研究重申了一个关于大气氧气进化的经典假设。这些数据表明，地球地幔的演化可以控制地球大气的演化，甚至可能控制生命的演化。”

多细胞生命需要一定浓度的氧气供应，所以氧气积累对地球上呼吸氧气的生命来说是进化的关键。

Kadoya说：“如果地幔的变化像这项研究表明的那样控制了大气中的氧气，地幔可能最终也决定着生命进化的节奏。”

这项新研究建立在2019年的一篇论文的基础上，该论文发现，早期地球的地幔比现代地幔氧化程度低得多，或者说含有更多能与氧气反应的物质。该项研究的研究对象是35.5亿年前的古火山岩，研究样本来自包括南非和加拿大在内的地点。

斯克里普斯海洋学研究所的罗伯特·尼克拉斯(Robert Nicklas)、马里兰大学的伊戈尔·普特尔(Igor Puchtel)和亚利桑那州立大学的阿里尔·安巴尔(Ariel Anbar)都是这项2019年研究的作者，同时，他们也是这篇新论文的共同作者，这篇新论文研究的是地幔的变化如何影响逃逸到地表的火山气体。

在太古代时期，地球上只有微生物存在，当时的火山活动比今天的要更活跃。火山爆发以岩浆(熔融和半熔融岩石的混合物)以及火山逸出的气体(即使不喷发时也会逸出)为动力。

而其中一些气体会与氧气反应或氧化，形成其他化合物。这是因为氧非常容易得到电子，所以任何有一两个松散电子的原子都会与氧发生反应。例如，火山释放的氢会与游离的氧气结合，把氧气从大气中带走。

地幔或地壳下较软的岩层的化学组成最终控制着熔岩和火山气体的类型。早期的地幔氧化程度较低，会产生更多与游离氧结合的气体，如氢。2019年的研究论文显示，从35亿年前到现在，地幔逐渐被氧化。

而这项新研究将这些数据与来自古代沉积岩的证据结合起来，显示25亿年前的某个时候存在一个临界点，那时微生物产生的氧气超过了火山气体导致的损失，氧气开始在大气中积累。

研究合著者、华盛顿大学地球和空间科学教授大卫·卡特林(David Catling)说：“基本上，在光合作用进化后的数亿年里，可氧化火山气体的数量能够吞噬光合作用产生的氧气。但当地幔本身变得更加氧化时，释放出的可氧化火山气体就更少了，此时没有足够的火山气体来消耗空气中的全部氧气，氧气就开始在空气中积累。”

这对理解地球上复杂生命的出现以及其他行星上存在生命的可能性具有重要意义。

Kadoya说:“这项研究表明，在考虑行星表面的演化和生命时，我们不能排除行星地幔这个因素。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://phys.org/news/2020-06-volcanic-earth-mantle-key-atmospheric.html

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