地球大氣中的氧氣在什麼時候出現?

地球 藍菌 真核生物 原核生物 宇宙接觸 2019-04-06


地球大氣中的氧氣在什麼時候出現?

雪球地球

地球在大約45.4億年前形成,幾億年後,地球上就已經進化出了生命。自那時起,生命在地球上蓬勃發展,不斷進化,使得它們能夠在地球上幾乎所有的環境生態位中找到生存之道。

但在地球形成大約20億年之後,也就是距今25億年前,地球上的生命幾乎滅絕,其元凶就是如今幾乎所有的地球生命都離不開的生存要素——氧氣。在那時,大氣中的氧氣濃度突然大幅度升高,這種氣體對於當時的生物體是致命的,這就是大氧化事件。

自大氧化事件發生數億年來,地球的溫度逐漸下降,最終進入了最為嚴重的冰河時期——休倫冰河時期,整個地球表面都被冰凍,形成“雪球地球”。這場災難幾乎徹底毀滅了當時的地球生命,此後的地球迎來了另一番景象。

地球大氣中的氧氣在什麼時候出現?

藍藻細菌

最初的地球上並沒有氧氣,所有的地球生命都是厭氧生物。直到35億年前,地球上出現了最早的光合作用生物——藍藻細菌。這種原核生物能夠利用太陽能、二氧化碳和水進行光合作用,同時排出廢氣——氧氣,這種氣體對於厭氧生物來說是致命的有毒氣體。

到了25億年前,藍藻細菌在地球的海洋中大規模繁殖,它們的數量呈指數式的增長。藍藻細菌向大氣中排放出了大量的氧氣,大氣中的氧氣濃度急劇升高,從而導致當時的厭氧生物大規模滅絕。

那麼,大氧化事件又是如何導致整個地球被冰封呢?

地球大氣中的氧氣在什麼時候出現?

太陽的光度會隨著時間的推移而逐漸增加,因為更重的氦原子核會在中心逐漸積累起來,使得太陽的核心不斷坍縮,從而加快氫核聚變的速率,導致太陽的溫度逐漸升高。在太陽剛剛形成時,早期太陽的輻射功率只有現在的80%。

在大氧化時期,太陽的光度仍然比現在低了一些,所以地球接收到的熱量也會更少。但那時地球大氣中的甲烷濃度比較高,而甲烷是一種強烈的溫室氣體,可以給地球起到保溫作用,所以那時的地球也不會很冷。

由於大氧化事件導致氧氣濃度大幅度升高,大量的氧氣會消耗掉甲烷,失去了甲烷的溫室效應,地球的溫度開始大幅度降低。隨著地球表面被冰雪覆蓋的區域越來越大,地球接收到的熱量也會越來越少,因為地球的總反射率在逐漸升高。最終,地球進入了休倫冰河時期,整個地球被冰封長達3億年。

地球大氣中的氧氣在什麼時候出現?

大氧化事件

儘管這對地球上的生命來說是災難性的,但地球生命並沒有因此而完全消失。藍藻菌繼續在地球上繁衍生息,而其他較小的生物種群面對巨大的自然選擇壓力和不斷變化的環境,朝著不同的方向進化。更復雜的生物,積累了大量的基因和新的能力,它們生存的機會更高,因為它們更能適應變化。

與此同時,火山繼續在冰層下噴發。這些二氧化碳的積累會增加大氣中的溫室效應,而同時產生的火山灰又會降低地球的反射率,地球的溫度逐漸升高,最終擺脫這個冰川時代。

地球大氣中的氧氣在什麼時候出現?

在休倫冰河時期結束之後,地球上出現了最早的真核生物。最終,原始的真核生物逐漸演化成了後來的原生生物、植物、真菌和動物。

如果氧氣沒有破壞早期地球的富含甲烷大氣層,沒有摧毀當時的優勢物種,沒有讓其他新的生物得以進化,那麼,包括人類在內的各種複雜生命很有可能就不會出現在地球上。

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