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?
大氧化事件
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