植物光合作用離不開二氧化碳，人類生活則離不開氧氣。可是你知道嗎？地球上的氧含量，並非一開始就這麽高。科學家們發現，5 億多年前，大氣和海洋中的氧含量達到現在的 60% 以上。而在此之前，氧含量隻有現在的 1%。
地球上的氧含量是突然陡增的？中科院南京地質古生物研究所朱茂炎研究員領導的中英合作團隊找到了答案，相關成果近日發表在著名地球科學期刊《地球與行星科學通訊》上。
△研究團隊成員
距今 5 億多年前，氧氣濃度突然暴增
氧氣是一種無色無味的氣體，在自然界分布廣泛。人類的生存離不開氧氣，我們雖然看不見也摸不著它，但是生活中處處都有它的身影。
" 早期的地球極端缺氧，直到距今大約 24 億年前後發生第一次大氧化事件。當時。大氣中的氧氣達到了現代大氣氧含量的 1% 水平以上。" 朱茂炎說，這次氧氣突然增加，導致真核生物首次在地球上出現。
但奇怪的是，在隨後長達十幾億年的時間內，大氣中的氧含量一直沒有明顯增加。一直到距今 5.8 — 5.2 億年前後發生第二次大氧化事件，大氣中的氧含量才增加到現代大氣氧含量的 60% 以上，以至於地球生命也因此開始變得繁榮起來。為何遲滯了近 20 億年，氧氣濃度突然激增？研究團隊百思不得其解。
海洋是地球上最大的活躍碳庫，科學家們認為，5 億多年前的海洋中曾存在過一個超大規模的有機碳庫。
" 你可以把這個海洋想象成一個巨大的沼澤，裏麵含有大量以細菌為主的有機質顆粒，水體混濁並缺氧。" 朱茂炎介紹，該碳庫超過現代大洋溶解有機碳庫 1000 倍以上。這些有機質顆粒大量消耗海水中的氧氣，從而導致了大洋的長期缺氧並阻止了大氣氧化的進一步增加。
△沼澤
大規模造山運動，揭示早期海洋 " 吸氧 " 過程
研究團隊的任務，就是證明巨大海洋溶解有機碳庫存在。
" 溶解有機碳庫模型最早由美國麻省理工的 Rothman 於 2003 年提出的，該模型認為，5 億多年前的海洋中進行光合作用的微生物主要是原核生物。這些微生物死亡後的有機質顆粒細小、沉降速率慢，在海水中不斷積累形成一個巨大溶解有機碳庫。" 由於這種細小有機質顆粒易於氧化降解，大量消耗海水中氧氣，從而導致了海水的長期缺氧和大氣氧化的增加。
朱茂炎告訴現代快報記者，由於早期的地球不可能提供足夠的氧化劑來移除海洋中這一巨大的還原碳庫，這一模型隨後遭受到質疑。
直到 2019 年，研究團隊提出，大規模造山運動可以導致原來海盆中形成的巨量蒸發鹽礦物風化。" 大約 5 億多年前，陸地上發生了巨大的造山運動，形成了大量的硫酸鹽。這些硫酸鹽通過河流的搬運進入到海洋裏。隨後，它們跟海洋裏的有機質顆粒發生了反應。這是一個增加氧氣的過程，溶解有機碳庫變小了，海洋隨之氧化了。"
這一假說為溶解有機碳庫模型麵臨的氧化劑來源這一挑戰提供了解決方案。但是，該假說卻缺乏具體的地質記錄。
怎麽辦？研究團隊奔赴湖北宜昌尋找證據。在這裏，他們開展了詳細的碳、氧、硫、鈾、鍶等多同位素體係分析。
△湖北宜昌南沱村埃迪卡拉紀陡山沱組剖麵的碳、硫、鈾、鍶同位素變化
△湖北宜昌相關地層剖麵
對現代全球氣候變化有重要啟示意義
" 研究結果支持了我們 2019 年提出的假說，即造山運動導致大量氧化劑進入到海洋裏，並進一步導致早期海洋氧化。同時，為溶解有機碳庫的存在是早期海洋徹底氧化的關鍵原因提供了直接證據。" 朱茂炎說，這為地球大型複雜多細胞生命的快速演化奠定了基本條件。
△早期海洋
朱茂炎表示，這項研究對分析現代全球氣候變化也有重要啟示意義。" 大氣氧化之後，複雜動物大量出現，導致海洋有機碳庫越來越小。海洋裏的碳庫一旦被吸收了，大氣中的碳庫就會減少，地球就會降溫。反之，海洋裏的碳庫一旦釋放到大氣中，地球就升溫了。我們一定要追蹤大氣和海洋碳庫之間是怎麽轉換的。"
海洋中的溶解有機碳庫究竟有多大？它的威力能持續多久？全球變暖是否與此有關？…… 朱茂炎告訴現代快報記者，為了回答以上問題，古生物學家們正在開展相關研究。