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[猎奇]地球大气或会发生颠覆性转变?美专家:氧含量或将回到25亿年前 [16P] [复制链接]

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现代人在说土味情话的时候,总是会说你就是我的氧气,离开你我将无法呼吸。虽然这句话很土,但人离开氧气会死确实是真的,我们也没法想象没有氧气之后地球会变成什么样。

氧气很重要


而此前,在关于地球氧气变化的相关研究中,有美国的专家通过研究预测,认为地球的氧气含量在未来或许会回到25亿年前的模样。

那么,25亿年前的地球是怎样的?地球的大气真的将要发生巨变吗?

地球大气层


25亿年前的地球是怎样的

当科学家推断出地球的氧气含量将重回25亿年前的情况时,大部分人应该都感到摸不着头脑,毕竟我们经常讨论的也是自寒武纪大爆发之后地球的变化,这种几十亿年前的地球情况对我们而言过于陌生了,所以接下来我们先简单回顾一下25亿年前的地球情况。

在地球诞生的这四十多亿年期间,人类出现的时间可能只占其中1秒,而我们在研究区分地球的地质年代时,往往会将其分为四个阶段,分别是冥古宙、太古宙、元古宙和显生宙

在这四个阶段中,25亿年前的地球属于太古宙时期。而那时的地球,只有少量的原核生物,环境可以说是相当恶劣了。

地质年代分期


太古宙时期的地壳非常薄,导致火山活动非常地剧烈,可以说当时地球上并不是像如今一样生机勃勃,而更多是被火光覆盖

并且当时不管是大气圈还是水圈当中的氧气都非常少,在这种情况下只有原核生物和大量的细菌可以存活。

太古宙时期的地球


这个氧气量能有多低呢?简单来说,如今大气的含氧量一般维持在21%左右,而科学家推断太古时期的大气圈含氧量可能少于现在大气含氧量的0.001%。可以想象,当时到底有多“缺氧”

研究显示科学家在太古宇陆相沉积岩中发现了沥青铀矿、菱铁矿和黄铁矿等在非常还原环境下方能在地表稳定存在的矿物颗粒, 并且发现了沉积岩中S同位素的非质量分馏特征。

沥青铀矿


那么,如今美国科学家根据怎样的研究得出了未来地球大气可能会发生剧变的结果呢?他认为这场变故会对地球生物造成什么样的影响?

科学家预测氧气将不断减少

咱们在前文中就说了,25亿年前的地球环境是非常恶劣的,尤其是在氧气含量方面,和现在相差甚远。

生物的出现是由于后来发生的大氧化事件,这一点我们在后文再详细解释,首先来看看科学家是怎么得到这一结果的。

地球有氧和无氧的对比图


据悉,美国航空航天局、东京大学以及佐治亚理工大学的部分研究人员组成了一个团队,专门寻找宜居行星。

在这个过程当中,宜居行星的问题尚未解决,却让他们发现了另一件恐怖的事情,那就是当我们主序星太阳步入暮年时,其温度会进一步上升,导致输出的热量增多,最终使地球变得更热。而在这个过程当中,更多的气体会被分解,使得大气当中二氧化碳下降。

太阳晚年对地球的影响


许多人会想,这不是好事吗,咱们正愁温室效应无法解决。但实际上,任何变化一旦过度都不是好事,所以在研究人员为这种变化设置模型预测时,就得出了二氧化碳含量下降到一定限值时,地球上进行光合作用的生物会出现无法正常运转的状态。

长此以往,更多的植物将死亡,而光合作用不足便会导致地球的氧气含量下降。

模型预测显示,地球的富氧大气层仅能维持十亿年左右。极端的氧气含量急剧下降,很可能会在地球气候系统中出现潮湿的温室条件,或在地表水大量流失之前触发。

植物的光合作用


综上所述,这种情况将会造成一种恶性循环,最终将地球的氧气榨干,让其变成25亿年前极度缺氧的时候。

而这时地球上的生物将要面临什么非常明显了,那就是在氧气越来越少的情况下窒息而死,可能只有某些厌氧生物能够存活了。

佐治亚理工学院的地球科学家Chris Reinhard警告称,氧气含量的下降将引发非常非常极端的后果,这是我们今天所无法衡量的。

地球缺氧将会使生物灭绝


当然这种大气的剧变也不是百分之百发生的,但只要它有几率发生,我们就要提前做好预测和防范。虽然在十几亿年以后,人类文明应该早就衰亡了,但是乐观一点,万一我们能坚持到那个时候呢?

人类历史在地球时钟当中非常短暂


说到这儿,可能有人好奇,地球是怎么从25亿年前缺氧又死气沉沉的时期,突然朝着良好的方向发展的,地球的含氧量在这期间发生了怎样的剧变?

大氧化事

大氧化事件的出现,标志着太古宙的结束,也标志着大气当中的氧气开始大量增加,这一时期也正式开启了真核生物的演化之路

真核生物


美国科学家克劳德在上世纪八十年代的时候写了一本名为《原始地球大气圈与水圈演化》的著作,指出太古宙也就是25亿年前时的地球大气含氧量非常低,而为什么后来氧气突然极速增加,也是他搞不懂的问题。

后来,灵光一闪的他回忆起了曾在加拿大安大略省的攀岩经历,其岩层当中出现的红色砂岩,证明了那是那一时期被氧化的三价铁。在这种情况下,他认为23亿年前到24亿年前期间地球应该经历过“大氧化事件”。

红色砂岩


值得一提的是大氧化事件并未让当时的大气氧含量与现在等同,只是说让其增加了一些。并且在整个大氧化事件的过程当中,大气的氧含量也并不是处在不可回调式上升当中的。

简单来说,这不是单向递增,应该存在着更为复杂的变化。

大氧化事件以后, 大气中的氧含量有所回调。Planavsky et al根据这一时期沉积岩中δ^53Cr值推测, 大氧化事件之后的大气圈中氧含量下降至现在的0.1%, 而且这种低氧含量的状态持续了至少10亿年, 直至新元古代氧化事件以前。

地球大气含氧量演变


可见,地球在经历了第一次大氧化事件之后,并未一直维持良好的状态,而是在后来又“重蹈缺氧的覆辙”,直到迎来了新元古代晚期的第二次大氧化事件。

第二次大氧化事件可能发生在5.6亿年前到8亿年前之间,当时不仅大气的含氧量持续增加,更多的陆源氧化离子也被输进了海洋,使得缺氧的底层海水氧化,从而为后续的寒武纪生命大爆发做出了贡献。

两次大氧化事件


综上所述,每次大氧化事件都是在给地球生物一个发展的契机,如果没有这种外部环境的明显变化,那么更为复杂的生物将无法出现并迎来繁荣。

这样来说的话,不管是人类还是远古地球的一些生物,都不能离开氧气,那么,氧气是不是越多对我们越好呢?

氧气也并不是越多越好

其实我们在前文中就说了,什么事情一旦过度结果就变了,氧气的存在自然也是这样。

我们如今虽然担心科学家所说的未来会迎来氧气含量骤降的危机,但是也要明白如果氧气过多,也会为地球的生命带来灾难

植物喜欢氧气


简单来说,地球上绝大多数生物,既不能缺氧,也不能“醉氧”,氧气浓度过高,会让植物十分繁荣,到时动物的处境就不是这么好了。

而且这种高氧的环境会让地球的表面变得非常“易燃”,只要有一丁点儿火星,那么这个火就能呈现出燎原之势,一直烧下去。

比如石炭纪生物大灭绝事件,就是因为树木和煤炭燃烧引发的大火。许多地质学家将其称为石炭纪燃煤事件,这一情况导致近46%的物种都灭绝了。

石炭纪的大火烧了很久


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xgch 金币 +35 辛苦了,感谢您无私奉献的精神! 06-15
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只看该作者 沙发  发表于: 06-15
关于地球大气可能发生颠覆性转变的说法,需要从多个角度进行分析。首先,我们知道地球的大气组成在过去的数十亿年里发生了巨大的变化。在大约25亿年前,地球大气中的氧气含量远低于现在的水平,这是由于当时地球上生命的演化尚未到达能大量产生氧气的阶段。随着蓝藻等光合作用生物的出现和繁盛,地球大气中的氧气含量逐渐增加,从而为后来复杂多细胞生命的出现奠定了基础。

在最近的一项研究中,科学家们提出了一个假设,即在太阳活动增强的情况下,地球大气中的臭氧层可能会受到严重破坏,从而导致大气成分的改变,使得氧气含量降低到类似25亿年前的水平。这个假设是基于气候-化学耦合模型的模拟结果,它揭示了太阳辐射对地球臭氧层和大气化学成分的潜在影响。

然而,要讨论地球大气可能发生颠覆性转变的可能性,我们还需要考虑以下几个方面:

1. **太阳活动周期**:太阳活动具有周期性变化,包括11年左右的太阳黑子周期和百年尺度上的太阳活动长期变化。太阳活动的增强会导致更多的高能粒子和辐射到达地球,可能对臭氧层造成损害。

2. **气候变化**:全球气候变化也可能影响大气成分。例如,温室气体的增加导致全球变暖,可能会改变大气环流模式和化学反应速率,从而影响臭氧层和氧气含量。

3. **人为因素**:人类活动,尤其是排放大量的温室气体和含氯氟烃(CFCs)等物质,已经对臭氧层造成了严重的损害。虽然现在已经有严格的国际协议限制了这些有害物质的使用,但它们对大气的影响仍然存在。

4. **生物地球化学循环**:生物地球化学循环是调节大气成分的重要机制。例如,植物和其他光合作用生物持续向大气中释放氧气,而动物和其他微生物则通过呼吸作用消耗氧气。这些过程对大气中氧气含量有重要影响。

综上所述,尽管有研究表明在极端情况下地球大气中的氧气含量可能会降低,但是否真的会回到25亿年前的水平仍然是一个未知的问题。这需要综合考虑太阳活动、气候变化、人为因素以及生物地球化学循环等多个方面的因素。此外,这样的变化通常发生在极长的时间尺度上,并不是短期内可以观察到的现象。因此,对于这种可能性,我们需要持续关注科学研究的进展,并采取适当的措施来减少对环境的负面影响。

这项研究是由美国航空航天局(NASA)、东京大学和佐治亚理工大学的研究人员共同进行的。他们使用了一种称为“气候-化学耦合模型”的方法来模拟地球大气的化学成分和气候之间的相互作用。

在这个模型中,他们考虑了太阳辐射对地球臭氧层的影响。随着太阳的活跃度增加,其辐射强度也会随之增加,这可能导致地球大气中的臭氧层被进一步破坏。臭氧层对地球表面的保护作用非常重要,它能够吸收大部分太阳的紫外线辐射,保护生物免受伤害。同时,臭氧层的破坏还会影响大气中的化学反应,从而影响氧气的含量。

根据模型的预测,如果臭氧层被严重破坏,那么地球大气中的氧气含量可能会显著降低。这种变化可能会在几百万到几十亿年的尺度上发生,具体时间取决于多种因素,例如太阳辐射强度的变化、地球气候的变化,以及生物活动的影响等。

如果这样的变化真的发生,将会对地球生态系统产生深远的影响。氧气是维持地球上复杂生命形式的关键要素之一,如果氧气含量大幅下降,那么可能会导致大量生物死亡,甚至引发新的大灭绝事件。

然而,需要注意的是,这只是一项基于模型的预测研究,目前并没有实际观测数据来证实这一现象会发生。此外,这个预测是基于非常长期的时间尺度,即数百万到数十亿年,这意味着在人类文明的时间尺度上,这种变化可能不会立即发生。

总的来说,这项研究提供了一个有趣的假设,但它还需要更多的实验证据来支持。地球氧气含量的变化是一个非常复杂的过程,涉及多个因素,包括生物活动、气候系统、地质过程以及太阳活动等。因此,我们需要继续进行研究,以便更全面地理解这个问题。
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