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地球环境与生命延续

——以地球表层氧含量变化为例

2020-11-10 8:18:46 来源:中国矿业报 作者:张文浩

氧气,是所有人都很熟悉的物质,每个人都知道,生命离不开氧气。从地质历史上看,氧气不仅对生命来说不可或缺,地球环境中氧含量的变化对生态环境、气候变化、生物演化、化石能源的形成等都具有重大影响。目前,我们对地球历史上海洋及大气中氧含量的了解,主要是间接地通过一系列能够反应氧气与其他氧化还原敏感元素相互作用的地球化学方面的标志物来进行研究,这些标志物包括元素的浓度和同位素的成分,比如说像保存在沉积岩中的硫、铁、钼等元素。

在整个地球历史中,地球表层系统氧含量的变化一直是生命发展演化的主要稳定器与驱动器。在地球长达46亿年的漫长历史中,早期的大气圈以H2、CO2、CH4等还原性气体为主,不含氧或其含量不到现在氧气水平的0.1%,而后主要经三次成氧事件后,逐步达到目前的氧含量水平。

——地球的第一次成氧事件发生于距今22亿~24亿年期间,即元古宙初期,此次带来的氧气含量较低,约为现代大气氧含量的1%~10%,只能满足较小生物的生命活动,所以此阶段出现的均为形态较小、较为低等的生物,如蓝细菌、硫细菌等微生物,真核生物和宏观藻类逐步发展。

——第二次成氧事件发生在距今约8.0亿-5.4亿年期间,即元古宙末期,海水中的氧气浓度提高到了较大动物所需的最低浓度之上,该时期也正好是著名的埃迪卡拉动物群的大爆发阶段,出现了比之前体型明显变大、能够移动的两侧对称动物,有力地说明了氧气浓度的提高对生物群的辐射演化促进作用。

——第三次成氧事件约发生在4亿年前左右,即泥盆纪时期,正值地球陆相植物系统的大发展时期,光合作用的急剧增强可能是这次氧气含量增加的原因,而这次成氧事件被认为促进了大型食肉鱼类的辐射演化,因为它们要求较高的氧气含量。显生宙期间,也就是从5.4亿年前到现在,地球大气氧含量最大幅度的下降出现在二叠纪与三叠纪之间,而这恰好与地球历史上规模最大的生物灭绝事件之一——“二叠纪-三叠纪生物大灭绝”相对应,并且更多的研究已表明缺氧事件也参与了地球上其他的生物灭绝事件而成了生物灭绝的主要原因。

由上我们可以知道,地球表层氧含量条件与生物发展二者是相互影响、相互作用的,氧含量的提升会促进生物的演化,而蓝细菌、陆相植物等生物大量出现后所产生的巨大光合作用又会推动氧含量的进一步增高。其实不仅仅氧含量条件,在地球历史上,地球环境条件与生物生命都呈现出息息相关、相互作用、协同演化的关系。因此,我们只有珍爱地球,保护善待环境,树立人与自然和谐共生的理念,才能实现人类社会的永续发展。

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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