大气中的氧气——生命的礼物:地质的故事
图1:氧气泡由一种蓝绿色的藻类,也称为蓝藻,在一个晴朗的日子,通过光合作用的过程。图片由安迪•Fyon石灰窑,渥太华地区,可能3/17。
图1:一种藻类,在一个小水池,利用光合作用产生氧气。植物的光合作用是一个过程,利用阳光将二氧化碳和水转化为糖和氧气的副产品。海藻糖作为食品。氧气泡首先附着在藻类在解放之前进入地球大气层。小水池发生在石灰岩。石灰石是一个更大系统的一部分和栖息地被称为乙烯树脂路面开放。地点:迈克尔的海湾,Manitoulin岛,2006年7月29日,安大略省。raybet11图片由安迪Fyon。
氧气和地球上的生命
地球是环绕着一个信封称为我们的大气层。地球的大气层包含有关21%免费的氧气和78%的氮气体。今天,人类和地球上其他生命形式,需要维持生命的氧气从地球的大气层。
但是,地球的大气层并不总是包含自由氧。一开始,在地球形成后不久,地球的大气层是一个致命的气体,对人体有害,许多其他生命形式存在。早期地球的大气中不包含自由氧。自由氧的增加地球的大气层与其他地球系统——海洋和生命。事实上,地球上生命的进化中扮演了非常重要的角色的创建富氧气氛。
所以,发生了什么改变最初的,有毒的,地球大气层,现在包含氧气有空吗?要回答这个问题,我们需要了解一下地球的起源和发展,它的海洋,地球上的生命,它的大气中。
地球的形成
地球的起源的一部分太阳系的形成这里,我们将只覆盖表面上(图2)。
图2:代表图像的太阳系大小,但不是距离,规模。维基百科:https://commons.wikimedia.org/wiki/File Planets2008.jpg
图3:一个年轻的艺术家的插图,恒星,它周围环绕着一个磁盘的气体和尘埃。气体和尘埃会形成行星。来源:美国国家航空航天局/姓名/ T。派尔。更多信息:https://exoplanets.nasa.gov/the-search-for-life/exoplanets-101/
大量的热能被释放时,剩下的材料互相撞击来创建更大的身体。碰撞所释放的热量(以及放射性元素的衰变)导致更大的身体变得非常热。事实上,越来越多的地球变得太热,这部分或完全融化(图4)。
图4:说明小碰撞的大块的剩饭空间材料,建立了地球。热能的释放与碰撞,放射性元素的衰变,地球不断升温,它融化了。从《发现》杂志:http://discovermagazine.com/2014/julyaug/13-journeys-to-the-center-of-the-earth
图5:表面的火山爆发新地球的地壳凝固。火山释放的气体慢慢成为了地球早期大气的新成立的。图片来自:https://it.pinterest.com/pin/120260252526172331/
一些科学家认为,地球的早大气中含有一种有毒的气体硫化氢、甲烷和二氧化碳,和少量的水蒸气和氨。其他人认为地球早期的有毒的气氛组成的水蒸气、二氧化碳和二氧化硫。不管精确的气体,人们普遍认为,地球早期大气不包含自由氧。
图6:这幅漫画说明了火山的外观,通过地球早期的薄壳穿孔。火山喷出的气体,包括二氧化碳和水蒸气,进入大气。最终,水汽凝结形成了地球上的海洋的一部分。图片来自:https://www.lpi.usra.edu/education/timeline/gallery/slide_17.html
海洋:水是生命
现在,地球大气的早期毒性如何改变一个包含自由氧需要支持我们所知道的生命吗?这一变化与海洋的形成在地球表面。但是为什么海洋?嗯,早期的地球上的生命起源于海洋,水就是生命。这是早期生活在海洋中,创造了自由氧要求深刻改变地球的大气层。
所以,当早期海洋到底在地球表面形成吗?
早期海洋的形成
证据表明早期海洋的形成来自于古老的岩石——地球历史的记录保持者。看来了43亿年前,地球表面的冷却和固化,足以让大气中的水蒸气雨出去收集在一个或多个海洋(图6)。早期海洋存在的证据来自于岩石中Nuvvuagittuq带魁北克省北部。的Nuvvuagittuq带包含含铁丰富的岩石被称为条带状含铁建造。条带状含铁建造形成在远古海洋的底部。条带状含铁建造的岩石发生在其他岩石形成至少37.5亿年前这可能已经形成43.2亿年前。有争论,时代早期的海洋。那真的是43.2亿岁吗?无论如何,早期海洋的证据告诉我们地球表面上形成8.15亿年后地球了,可能只有2亿年之后地球上形成了!
所以,如果海洋是生命的摇篮,是什么时候出现在地球上的生命吗?
什么时候出现在地球上的生命吗
我们不知道什么时候出现在地球上的生命,但有很多证据表明早期生活由原始生物,如细菌和古生菌。来自古老岩石的证据告诉我们,原始生命早期住在地球海洋至少35亿年前,和可能在那之前:
- 丝状化石来自澳大利亚可能的藻类化石35亿年前。
- 矿物结构称为叠层石,由37亿岁的蓝绿藻称为蓝藻保存在格陵兰岛。
- 的证据38亿岁的生活被描述从岩石岛伊苏瓦,格陵兰岛。
- 石墨、纯碳的一种形式,在距今3.95年前的岩石从拉布拉多北部,发现显示了一个来自的地球化学特征生物分解的。
- 管状形状的岩石Nuvvuagittuq带,魁北克,加拿大,解雷竞技官网dota释简单的细菌化石,至少生活在海洋的底部37.5亿年前也许43.2亿年前。
在一起,这些证据告诉我们,地球上的生命存在,早期的海洋,至少在35亿年前,或许43亿年前。
那么这些原始生命形式到底扮演了什么样的角色在改变地球早期大气有毒的一个包含自由氧需要支持我们所知道的生命吗?这个问题的答案是“光合作用”。
光合作用
人们普遍认为地球大气层中的氧气是由原始的生命形式。但是原始的生命如何创建氧气?今天,当我们看一个工厂,我们可能会记住植物“吃”阳光,水,目前大气中的二氧化碳和氧气作为副产品。这个过程被称为光合作用(图7):
图7:这幅漫画说明了植物的光合作用的过程。植物“吃”阳光、二氧化碳和水并产生糖类和碳水化合物都存储在产生,或使用,植物和自由氧作为代谢产物。图片来自维基百科。
这今天的光合作用发生在陆地上,在浅水区,里面和下面的透明冰——哪里有充足的阳光。当原始生命第一次出现在地球上,至少在35亿年前,没有植物,但也有原始的细菌和藻类生活在早期的海洋。这些原始的细菌和藻类产生自由氧,通过光合作用,改变了地球的大气层。氧细菌被称为蓝绿藻或生产蓝藻。
氧气产生什么时候出现在地球上的生命吗?
我们不知道什么时候地球上氧气产生细菌出现。事实上,很可能第一个原始细菌没有使用光合作用。相反,第一个使用一个完全不同的过程,原始的细菌化学合成,生成食物能量。没有必要完全理解光合作用和化学合成之间的区别。它足以知道两个过程,所使用的,不同类型的微生物生产食品。光合作用是由阳光,而化学合成化学能量上运行。
幸运的是地球上的生命,原始生物的统治,用化学合成生产粮食是加入了细菌产生自由氧光合作用。
地球的第一个大氧呼吸:大氧化事件
一旦原始的蓝绿藻或蓝藻,开始生产自由氧,至少在35亿年前,花了多长时间来改变地球的大气层呢?
可能最原始的细菌产生的初始自由氧立即销毁其他化学物质在海洋和大气;因此,自由大气中氧气没有立即积累。然而,岩石告诉我们,重要的事情发生在大约25亿年前地球的大气层,当自由氧开始集中在地球的大气层(图8),被称为大氧化事件。在大氧化事件,免费的地球的大气中氧气浓度接近或高于现代水平增加。2.5至23亿年前,有足够的自由地球大气层中的氧气从有毒的气氛中深刻到一个支持现代地球上的生命!
图8:原始的蓝绿藻,也称为蓝藻,被认为已经创建了自由氧利用光合作用的过程。蓝藻,保存在化石结构称为叠层石,地球上出现了早在35亿年前,也许更早。最初的自由氧被海洋吸收,但在约25亿年前,自由氧开始积聚在地球的大气层,地球上的生命的旅程是发生了深刻的变化。图片来源:太古代叠层石:大氧化事件的信号。
图9:叠层石暴露在桑德贝,加拿大安大略省的区域。raybet11雷竞技官网dota叠层石的形状有点像蘑菇。顶部的叠层石在过去的大冰期被侵蚀了。图片由安迪Fyon, 2013年5月15日。
图10:横截面的几个叠层石。叠层石长大,向太阳,向顶部的照片。这个叠层石化石的例子来自于堡Laclede床,兰妮成员,美国怀俄明州西南部绿河的形成。的保存化石是一个住在古湖Gosuite叠层石。通过化石,这是一个横断面切片显示其内部分层结构。从照片维基百科。
回到氧气泡沫和藻类池塘
在这个报告中,我们讨论了许多地质时间和地球的历史。旅程始于创造地球45.6亿年前,地球大气的第一个有毒的形成,地球的第一个海洋的形成,紧接着出现了原始的生命海洋中至少37亿年前。原始生命形式被称为蓝绿藻或蓝藻和免费利用光合作用产生的氧气。自由氧开始改变地球的大气层,约25亿年前,在大气中氧气的浓度是类似于现代的浓度。
今天,当我们看到小氧气泡蓝绿色藻类池塘,我们见证早期历史上最重要的一个步骤。我们看到现代蓝藻创建自由氧,利用光合作用——类似于他们的伟大祖先使用的过程至少37亿年前。
我们的大气中氧气的故事,看到隐藏在古代岩石——安大略在我们脚下!raybet11
突发新闻
对光合作用的早期历史的研究仍在继续。问题仍在问像“光合作用开始在地球上是什么时候?”,“光合作用演变到现在怎么样?”,and "were ancient and modern photosynthesis processes the same?". For a more detailed discussion of the state of this research,看看这篇文章。
2017年10月23日。