地球上大部分的氧气从哪里来(地球上的氧气来自哪里)

现在对于地球大气的普遍解释如下:没有人能确定地球早期大气的具体成分,但是他们很可能是火山喷发来的,没有氧气。35亿年前光合细菌出现,光合作用产生了氧气,但是产生氧气不等于大气中含有氧气。

直到早期地球上的元素与游离的氧气的结合达到饱和状态之后,氧气才开始在大气层中出现,这个时间节点大概是在18亿年前。大约在4亿年前,原始的陆生植物才开始出现。今天的地球氧气含量为21%,他们由陆生植物,水生植物,光合细菌等的光合作用共同提供。

主要依据有以下几点:

1.原始地球大气成分推测

现代普遍认同的理论是原始气体可能由火山喷发而来,如今的火山气体包括水蒸气,二氧化碳,二氧化硫,一氧化碳,硫化氢,氢氰酸,氮气,氢气等。由于重力场的存在,地球可以维持大气层的存在,火山喷发产生并环绕在地球表面的这些气体就形成了最早的大气层。

地球上大部分的氧气从哪里来(地球上的氧气来自哪里)(1)

2.原始大气中几乎没有氧气

除了火山喷发的气体没有氧气这个间接依据之外,地球中的古老岩石也是一个强有力证据。

科学家在澳大利亚西南部发现了一批古老的岩石,根据其中所含的锆石矿物晶体的同位素分析结果表明它们的年龄约为43亿至44亿年,是迄今发现的地球上最古老的岩石样本。通过分析地球现存的古老岩石中所含的矿物质,科学家发现地球早期大气中几乎没有氧气。

岩石作为一种古老的存在还将继续存在下去,怪不得大刘在《三体》中保留信息最持久的方法是“把字刻在石头上”。

地球上大部分的氧气从哪里来(地球上的氧气来自哪里)(2)

3.能产生氧气的生物出现了

地球诞生于46亿年前,最古老的化石有35亿年的历史,但是对于古老岩石的研究使科学家相信,即使没有化石证据,也有理由相信38亿年前的地球已经有生命存在了。

地球上大部分的氧气从哪里来(地球上的氧气来自哪里)(3)

但是这个时候出现的细胞生物都是厌氧的,只能进行无氧呼吸。之后,化石证据显示古细菌进化形成不久之后,能进行光合作用的原核生物就进化出来了,这就是35亿年前光合细菌的出现。

原始光合细菌的光合作用产生了氧气,氧气的出现对当时的生物来说简直就是毒药,厌氧细菌在氧气存在的环境中根本无法正常生存。光合作用产生的氧气,带来生命史上的巨大变革,也带来了物种的大灭绝。生命世界因为氧气的出现进入了漫长的沉默期,静静等待着那个能够利用氧气进行有氧呼吸的英雄出现。

生命世界总是起起伏伏,有生物大灭绝也有生物大爆发。

4. 产生了氧气不等于大气层中有了氧气

产生氧气不等于大气中含有氧气。地球上游离态的氧气产生后会立即与其他物质形成氧化物,无法进入大气。直到早期地球上的元素与游离的氧气结合达到饱和状态后,氧气才开始在大气层中出现,这个时间节点大概是在18亿年前。终于,原始大气中有了足够多的氧气,足以支持臭氧层的形成,复杂的真核生物出现的条件已基本具备。而对于陆生植物的出现,也还是有很长的路要走。在志留纪以前,生物基本上生活在海洋之中,陆地上几乎没有生物,这种情况持续了20亿年。大约在4亿年前,原始的陆生植物才开始出现。

地球上大部分的氧气从哪里来(地球上的氧气来自哪里)(4)

5.今天地球氧气含量为21%是如何形成

如今的地球氧气可不是一天形成的,放在地球生命漫长的时间轴上看,光合细菌居功至伟,单细胞藻类功不可没。再考虑到地球上海洋和陆地的面积,我们有理由相信海洋生态系统和藻类生物对维持地球氧气的含量做出了巨大的贡献,并且单细胞藻类个体就是一个细胞,这个个体100%的细胞都能进行光合作用,总量不容小觑。

大气层氧气的重要来源就是来自水域,陆地上的植物重要吗?当然重要,这也是为什么我们要保护我们的森林,保护我们的生态系统。

参考资料:

1.《生命是什么》,王立铭著

2.《生物必修Ⅱ》,人民教育出版社,2004年初审通过

3.《科学发现者:生物·生命的动力》,美国高中教材生物分册

4.《自私的基因》,理查德·道金斯著

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