已有研究表明，早期地球极端缺氧，但在5.8亿—5.2亿年前后，大气和海洋的氧气含量迅速飙升，原因何在？
9月2日，中英两国科学家在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）发表论文，提出新模型予以解释。论文指出，大规模造山运动将大量蒸发岩输入海洋，蒸发岩作为大洋的氧化剂，使得深部大洋得以氧化，从而导致大气和海洋中氧气含量快速增加，为地球大型复杂多细胞生命的快速演化奠定了基本条件。
两次大气快速增氧事件
通过两次大气快速增氧事件，地球大气中的氧气含量才基本达到现代水平。
第一次大氧化事件发生在距今大约24亿年前后，大气含氧量达到现代大气含氧量1%的水平，真核生物在地球上首次出现。
但随后十几亿年里，大气氧含量非但没有增加，甚至还低于第一次大氧化事件时期水平，阻碍了多细胞真核生物的演化。直到距今5.8亿—5.2亿年前后，地球发生第二次大氧化事件，大气中的氧含量增加到现代大气氧含量的60%以上的水平，大洋也全部氧化，导致多细胞真核生物大辐射，以及动物快速起源和寒武纪大爆发。
前寒武纪海洋中的氧含量为什么一直很低？目前学界有一个理论模型，即“有机碳库模型”。该模型认为，前寒武纪时期，在海洋表层透光带进行光合作用的微生物主要是原核生物，这些微生物死亡后的有机质易于氧化降解，在海水中不断积累，大量消耗海水中氧气，从而导致了海水缺氧。
这种缺氧的海洋就像一个现代的巨大沼泽池，水体中大量腐殖有机质不断消耗着氧气，因而水体浑浊并缺氧。只有当这个浑浊并缺氧的海洋得到氧化，大气和海洋的氧气含量才能够增加。
蒸发岩风化与海洋有机碳库氧化的正反馈模型图。图/中国科学院南京地质古生物研究所
蒸发岩成为海洋氧化剂
前寒武纪海洋因何变得清澈且富含氧气？本次研究中，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎所在的中英合作团队，通过分析9亿年以来全球海水碳酸盐的碳同位素演变过程，提出了一个新的地球系统模型予以解释。
他们认为，5.7亿年前后，地球上的主要大陆通过拼合形成了一个冈瓦纳超大陆和位于超大陆内部的超级中央造山带，将大量沉积的蒸发岩矿物风化剥蚀输入海洋。富含硫酸盐的蒸发岩是一种氧化剂，氧化了海水中的有机质，形成黄铁矿埋藏在沉积物中，导致当时海洋中的有机碳库快速减少。
同时，海洋中的有机碳快速氧化，排放大量二氧化碳，导致大气升温，加强了陆地风化作用和蒸发岩向海洋的输入量，海洋中的有机碳库进一步被氧化，形成一个海洋氧化的正反馈作用机制，使得大气和海洋中的氧气快速增加。
这一新模型验证了前寒武纪海洋中存在巨大有机碳库。正是由于海洋氧化，海洋中有机碳库变小，其作为气候调节器的作用也就减弱，寒武纪之后，地球再未发生类似前寒武纪“雪球地球”那样的极端冰期气候事件。
本文来源：新京报
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