氧氣(oxygen),化學式O2。
大氣層的成分主要有氮氣,占78.1%;氧氣占20.9%;氬氣占0.93%,除此之外還有少量的二氧化碳和一些稀有氣體,在這些氣體中,我們最熟悉的就是氧氣和二氧化碳,如果二氧化碳增加,會導致溫室效應的加強,從而導致一系列的連鎖反應。
對于地球上的生物來說,氧氣的含量十分重要,并且大氣成分的各種變化,也會對地球的整體氣候造成影響,但是在地球形成的初期,大氣層中幾乎是不含氧的,為什么隨著時間的發(fā)展,氧氣變得越來越多了呢?
01生命誕生于沉默之中
現(xiàn)在的地球是一個蔚藍色的行星,同時在地球上有著十分穩(wěn)定的氣候變化,對于我們來說已經(jīng)習慣的地球環(huán)境,在宇宙中其實是十分罕見的,大部分行星上的環(huán)境對于我們來說都是十分惡劣的,因此一些人認為,宇宙中大部分行星不可能存在生命,因為這些行星上的環(huán)境不足以支持脆弱的生命出現(xiàn)。
可是這樣的觀點真的正確嗎?其實,地球剛剛誕生后的很長一段時間,環(huán)境也是十分惡劣的,其中最關(guān)鍵的一個因素就是“缺乏氧氣”。
如果沒有生物的干預,電場或紫外線分解水只能產(chǎn)生很少的氧。這微量的氧氣,并不足以支撐起一個復雜的生態(tài)系統(tǒng),而在26億年前,地球上發(fā)生了一次史無前例的氣候變化“大氧化事件”(Great Oxygenation Event ;簡稱GOE)。
大氧化事件對整個地球的生態(tài)發(fā)展至關(guān)重要,如果沒有大氧化事件的發(fā)生,如今的地球絕對不會像今天一樣充滿生命的喧囂,整個星球的環(huán)境會是死寂且惡劣的。
在24~26億年前的太古宙時期,最初的生命在沉默慢慢繁衍,這些生物誕生于深海之中,有些人認為,最早的生命是海洋之中的藍藻,但是在2017年,英國《自然》雜志發(fā)布了一篇文章,這篇文章講述了一個重要的發(fā)現(xiàn),科學家在澳大利亞的巖層中,發(fā)現(xiàn)了一些“疊層石”,也就是微生物群落活動生存留下的痕跡,并且在這些巖石中發(fā)現(xiàn)了一些管狀和絲狀結(jié)構(gòu),十分類似深海熱泉附近的微生物結(jié)構(gòu),因此科學家認為,地球上最初的生命可能誕生于37億年前左右,比曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)的藍藻化石還要古老3億年。
這個發(fā)現(xiàn)把地球上的生物演化史再次刷新,或許在地球形成沒有多久,就已經(jīng)有簡單的生命形式出現(xiàn),雖然我們無法證明這些管狀結(jié)構(gòu)是微生物留下的痕跡,但是科學家在這個巖石上發(fā)現(xiàn)了氧化鐵顆粒和碳酸鹽巖,這些物質(zhì)代表著生物的活性。
不論地球上第一個生命誕生于什么時間,它們生活在地球上的時期,環(huán)境絕對是十分惡劣的,整個星球上沒有任何的樹木,大氣中缺乏氧氣。如果現(xiàn)在生物回到太古宙時的地球,會在短時間內(nèi)死亡。
“大氧化事件”就是一切的轉(zhuǎn)折點,科學家在阿瓦隆半島上找到了最原始的沉積物,但是在大氧化事件發(fā)生之前,海洋中幾乎完全沒有氧氣,因此在沉積物中,沒有任何生物留下的化石,可是在“休倫冰河時期”發(fā)生之后,沉積物中出現(xiàn)了大型生物的化石,研究證明,在當時地球大氣中的氧含量已經(jīng)達到了15%。
為什么地球突然之間就充滿了氧氣,是否是氧氣的增加,導致了地球生物爆炸式的增加呢?
02“大氧化事件”,滅亡和新生!
最初的地球,大氣中幾乎沒有氧氣,可是在當時就已經(jīng)出現(xiàn)了生命,只不過大多數(shù)生命都是最簡單的原核生命,并且因為地球缺乏氧氣,大部分生物都是“厭氧生物”,對于這些生物來說,氧氣更像是“毒藥”。
如今地球上仍然有許多“厭氧菌”存在,對于這些細菌來說,無氧或者少氧的環(huán)境中,它們可以生活得更好,并且科學家在遠離地表的地層深處,原本被認為不可能存在生命的區(qū)域,也發(fā)現(xiàn)了厭氧細菌的存在,因此氧氣并不是對于所有生物來說,都是生命的必需品。
但是在26億年~23.2億年前,地球大氣中的氧含量猛增,導致了大部分厭氧生物的死亡,大氣中的氧含量從0.02%開始慢慢攀升,一度超越了30%,又慢慢降低到了今天的水平。
并且大量的氧氣出現(xiàn),消耗了大量的溫室氣體,導致了地球出現(xiàn)了地質(zhì)史上最嚴重,也是持續(xù)時間最長的一次冰河時期,“休倫冰河時期”(Makganyene冰河期),這次恐怖的冰期持續(xù)了整整三億年,就是在這場漫長寒冷的冰期中,原始的生物開始了緩慢的適應環(huán)境,大部分無法適應環(huán)境的厭氧生物滅絕,幸存下來的生物適應了環(huán)境,進化出了“有氧代謝”功能,正是這種能力,促使了“真核生命”的出現(xiàn),地球上的生物正式從原核生物邁入了真核生物的時代。
對于人類來說,大氧化事件并不僅僅是促使了復雜生命的出現(xiàn),更加重要的是,氧氣的出現(xiàn)讓地球的礦物質(zhì)更加多樣化,氧氣的加入讓礦物的形成環(huán)境從低氧至轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁谎,改變了礦物的分子結(jié)構(gòu),讓更多的礦物出現(xiàn)。
03藍藻,以一己之力改天換地
可是,為什么地球的環(huán)境會突然發(fā)生變化呢?至今沒有一個確定的答案,畢竟大氧化事件距離今天太過久遠,我們只能從地層中判斷,遠古地球是極度缺乏氧氣的,但是在26億年~23億年的階段,氧氣開始不斷增加,最被認可的觀點是“藍藻大爆發(fā)”。
很多人認為,藍藻是地球上最古老的生命形態(tài),關(guān)于藍藻的化石最早可以追溯到36億年前左右,并且如今的地球上藍藻仍然活躍,而大氧化事件,可能就是因為藍藻的種群數(shù)量爆發(fā),遍布海洋,導致了地球氧含量猛增。
藍藻并不是真核生物,和現(xiàn)代的真核藻類有巨大的區(qū)別,藍藻的體內(nèi)并不含葉綠素,缺可以進行氧性光合作用,它們利用陽光作為能量,把氧氣視為“廢氣”排出體外,一只藍藻十分渺小,但是整個海洋遍布藍藻,無數(shù)億個藍藻不斷釋放氧氣,導致了地球氣候發(fā)生了巨大的變化,可以說藍藻這種生物十分神奇,各種環(huán)境都可以看到它們的身影。
看似不起眼的生物,卻幾乎永久性改變了地球的環(huán)境,讓生物的演化進入了一個全新的時代,我們能有今天的生活,居然要感謝這些原始的生命體,不由得讓人十分感嘆。
如果沒有大氧化事件的發(fā)生,生物是否會在缺乏氧氣的環(huán)境中演化出一條不同的道路呢?或許沒有藍藻,如今的地球就是另外一個行星……
從大氧化事件我們就可以看出來,生物雖然渺小,卻也對環(huán)境的變化起到不可忽視的影響,人類也在不斷改變著地球的環(huán)境,是否會帶來一個全新的時代?就讓我們一同拭目以待。