地球大气氧含量从无到有奥秘揭示

地球大气氧含量是如何从无到有达到富氧状态，并驱动生命起源演化、改善行星宜居性的？记者27日从南京大学获悉，该校研究人员携手中外科研机构同行，通过建立高分辨率硫酸盐叁氧同位素数据记录，结合系统生物地球化学模型定量分析，揭示了地球大气由无氧向富氧转变的阶段性演化历史和控制机制。该研究为理解地球生命起源与演化和地球宜居性的形成与演化，提供了关键的地球化学示踪指标和重要的理论基础。相关成果发表在国际学术期刊《自然》上。

在沉积碳酸盐岩内，微量硫酸根中的叁氧同位素（Δ17O）可以连续记录大气氧独有的非质量依赖氧同位素负异常信号，进而追踪古大气氧含量的变化。

研究团队通过系统采样分析与文献数据整合，建立了过去近30亿年的Δ17O演化记录。记录显示，大气氧含量经历了3次显著跃迁，分别发生在古元古代（24亿年前—21亿年前）、新元古代（约10亿年前）和古生代（约4.4亿年前）。这3次跃迁中，地球氧气从无到有，并呈阶段性上升，于距今约4.1亿年前趋近稳定的富氧状态。

进一步研究发现，大气氧含量上升后，开始周期性氧化以缺氧为主的海洋，促进了缺氧水体中有机碳与还原性硫的氧化，生成大量缺失34S/17O/13C的硫酸盐与无机碳，从而引发C—S—O同位素的协同扰动。同时，该过程在短期内通过负反馈机制迅速消耗大量氧气，抑制甚至逆转了大气氧含量的进一步上升。

科研团队表示，研究定量重建了地球大气氧气含量的演化历史，揭示了大气与海洋氧化状态的动态耦合协同演化机制。