关于地球初始氧气来源的探索

来源公众号：教坛夕拾　作者：王云生

    地球是人类的家园，液态水覆盖了地球表面，地球大气层中富含氧气，这使得众多的植物和动物得以进化、繁衍。氧气不仅是大多数生物体进行有氧呼吸的必需物质，也是许多化学过程的氧化剂，它深刻影响着生态系统中的物质循环和能量流动。

    但是，地球并不是一诞生就适于生物的生存。在地球早期，大气中的含氧量只有现在的万分之一。如果能穿越时空回到早期的地球，缺乏氧气的大气会使你窒息。直至24.5亿–23.3亿年前之后，大气中才开始有氧气的积累，在此后才出现了真核生物等复杂生命。地球上的氧气来自哪里，在地球发展过程中氧气含量是怎样变化的？地球含氧量增加是受什么因素控制的？这些问题一直是科学家探索的课题。 

张双双等人在2024年12月于《化学教育期刊》2024年12月14日，发表了“地球初始氧气来源的探”一文（稿件编号2024-09-0064）做了综述。该文的内容要点简述如下。

科学家对地球上氧气来源的探索，历经数十年的时间，至今还没有获得为人们公认的答案。目前，科学家们对地球上氧气主要来源的研究，认为有三种可能：

  （1）地球早期微生物通过光合作用，分解水释放出氧气。约在30亿至25亿年前，地球上存在一种微生物蓝藻。蓝藻起源于其祖先，即无氧光养生物（能在厌氧光照条件下进行光合作用的生物）。蓝藻的祖先在能分解H2O之前，可能曾利用过其他氧化性物质来进行光合作用，可能从非生物途径形成的H2O2中获取所需的电子。

   (2) 地球在太古时期发生的非生物起源（产生的非生物起源的氧化剂）。氧气主要来源于大气光化学反应，光化学反应使大气中的H₂O分子、CO₂分子解离，形成氧气。大气中的H₂O、CO₂、SO₂等分子在太阳光照射下，会发生光化学反应，产生活性氧。这一认识持续了四十多年。

   (3) 近年来，科学家研究认为地球早期的氧气起源于地壳岩石（如石英或硅酸盐等矿物），在机械外力的作用下岩石断裂或磨损，与水作用后产生氧气（O2）和过氧化氢（H2O2)等。2021年我国科学家通过研究,认为地球最早的氧气可能来自岩石。在机械外力的作用下，地壳中的岩石（如，石英、硅酸盐矿物）磨损或断裂，在磨损或断裂处产生高活性的表面结合自由基（SBRs）与周围的水相互作用，产生氧气（O₂）和过氧化氢（H₂O₂)等活性氧。

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