研究人员发现了氧气开始上升的时间和地点。

研究人员发现了氧气开始上升的时间和地点。

氧气以氧分子(O2)的形式存在于地球的大气和海洋中。氧气由植物产生，对动物非常重要。然而，研究地球上氧气历史的研究人员知道，在地球存在的46亿年中，氧气相对匮乏。那么氧气是从何时何地开始在地球上形成的呢？

通过研究古老的岩石，研究人员确定在25亿至23亿年前的某个时候，地球经历了科学家所谓的“大氧化事件”，简称“GOE”。此后，氧气首先在地球大气中积累，并一直存在。但是，通过这个研究领域的大量研究，已经有证据表明，在GOE之前，地球古浅海的小区域内存在少量的氧气。在最近发表在《自然地球科学》(Nature Geoscience)杂志上的一项研究中，由亚利桑那州立大学(ASU)科学家领导的研究小组提供了令人信服的证据，证明在GOE发生之前，海洋在更大范围和更深的深度发生了显著的氧化。

在这项研究中，研究小组瞄准了25亿年前来自西澳大利亚的一组海洋沉积岩——麦克雷页岩。这项研究的主要作者、亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的查德林·奥斯特兰德(Chadlin Ostrander)说:“这些岩石非常适合我们的研究，因为此前的研究表明，它们是在大氧化事件之前的一个异常氧化阶段沉积的。”页岩是一种沉积岩，在过去的某个时期沉积在古代海洋的海底。在某些情况下，这些页岩含有它们沉积的古代海洋的化学指纹。

在这项研究中，奥斯特兰德在干净的实验室中溶解页岩样品并分离出感兴趣的元素，然后在质谱仪上测量同位素组成。这个过程是在伍兹霍尔海洋研究所(马萨诸塞州)的合著者Sune Nielsen的帮助下完成的；佛罗里达州立大学的杰里米·欧文斯；滑铁卢大学(加拿大安大略省)的布莱恩·肯德尔；亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的科学家格温妮丝·戈登和斯蒂芬·罗马诺；以及亚利桑那州立大学地球与太空探索学院和分子科学学院的Ariel Anbar。利用伍兹霍尔海洋研究所、佛罗里达州立大学和亚利桑那州立大学的设施，数据收集花了一年多的时间。

利用质谱仪，研究小组测量了麦克雷页岩的铊和钼同位素组成。这是首次在同一组页岩样品中同时测定两种同位素体系。正如假设的那样，铊和钼的可预测同位素模式已经出现，这表明氧化锰矿物埋藏在古代海洋大部分地区的海底。要进行这种掩埋，氧气必须在25亿年前就存在于海底。

这些发现提高了科学家对地球海洋充氧历史的理解。在GOE之前，O2的积累可能不局限于海洋表面的一小部分。更有可能的是，氧气的积累扩展到海洋的大部分区域和海洋深处。在某些地区，氧气的积聚似乎一直延伸到海底。

“我们的发现迫使我们重新思考地球最初的氧气含量，”奥斯特兰德说。许多证据表明，在大约25亿年前的地球自转周期中，氧气开始在地球的大气中积累。然而，现在很明显，地球最初的充氧是一个植根于海洋的故事。根据我们的数据，在大气中积累之前，氧气可能已经在地球的海洋中积累到相当高的水平。

“现在我们知道了O2开始形成的时间和地点，下一个问题是为什么，”ASU的教授和合著者安巴尔说。“我们认为，远在大气中形成氧气之前，产氧细菌就已经在海洋中繁殖了。是什么导致了这种增长？这是我们的下一步。