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地球自轉製造氧氣?

地球自轉製造氧氣?

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氧氣是生物生存不可或缺的元素,沒有氧氣,我們的細胞便無法正常運作。不過,早期地球的大氣層是如何充滿氧氣的呢?科學家對此有新的假設——地球轉動的速度變慢,才出現氧氣。

約46億年前,地球誕生,冷卻後出現大氣層,由硫化氫、甲烷和氨組成,只有極微量的氧氣,同時地球火山頻繁爆發,產生大量二氧化碳——當時大氣中的二氧化碳含量比今時今日要多出200倍!這種大氣成分完全不利生命發展,直到24億年前發生的大氧化事件,加上後來的新元古代富氧事件,才令氧含量增加。今時今日,大氣中約有21%氧氣。

早在24億年前,微生物藍綠藻已經出現,以光合作用為生,在光照下消耗二氧化碳並釋出氧氣,在上述兩次氧化事件中扮演重要角色。不過,是甚麼原因令藍綠藻突然生產大量氧氣?科學家認為這與地球轉動的速度變慢、日照時間變長有關。

科學家估計,當初地月系統形成之際,地球轉動得很快,一天只有6個小時;後來,月球引力造成潮汐摩擦,減慢地球轉動的速度,變相令日照時間變長。數十億年下來,一天變成24小時,白天也愈來愈長,令藍綠藻有更多時間生產氧氣並釋放到大氣之中,提供適合環境的讓生物誕生。

科學家們從位於美國與加拿大交界的休倫湖找到證據,支持這項假設。休倫湖深24米,有著許多微生物,富硫磺的湖水令這些微生物生活在低氧環境之中,與地球早期環境十分相似。潛水員從湖水打撈出紫色藍綠藻,聞起來像臭雞蛋般;科學家隨後將之放在不同強度的光線下,連續照射26個小時,發現更長時間的光照令藍綠藻產生更多氧氣!

這項研究已刊登在最新一期的《自然-地球科學》(Nature Geoscience)期刊。也許將來科學家會找到更多線索和證據,解開生命誕生之謎。

資料來源:Live Science、Nature、Science

圖片來源:canva、Phil Hartmeyer, NOAA Thunder Bay National Marine Sanctuary


小詞典

  • 大氧化事件(Great Oxidation Event,GOE):指在距今26億年前,地球大氣中的含氧量突然由極微量增至如今大氣含氧水平的10.倍,改變了地球礦物成分,令許多以二氧化碳為生及厭氧生物滅絕。氧氣由藍綠藻光合作氣生成,目前尚未知道發生原因,本篇新聞內容只是其中一個科學假設。
  • 新元古代富氧事件(Neoproterozoic Oxidation Event,NOE):指距今約10億年前,氧含量再次大幅增加,同時令海洋首次出現氧化;這次大氣變化結束了微生物主宰地球的情況,也令大型複雜生命掘起。
  • 光合作用(Photosynthesis):植物、藻類等生產者利用光能把二氧化碳及水變成碳水化合物,氧氣是過程中的副產品,也有不生產氧氣的情況。
  • 地月系統(Earth-Moon System):地球和月球的引力互相影響,令這兩顆星體之間組成了一個天體系統。
  • 潮汐摩擦(Tidal Friction):月球引力會影響地球上的海水運動(潮汐),令海水與地殼摩擦,減慢地球自轉速度,​​令地球自轉一周所需時間每年增加約0.000024秒,同時令地球與月球的距離增加。

資料來源:Science、測繪學辭典

動動腦

1.藍綠藻怎樣生產氧氣?

2.早期的地球大氣層與如今的有甚麼分別?

3.科學家認為是甚麼原因令大氣中的氧氣含量大幅增加?

4.紫色藍綠藻有甚麼特別?

5.以前地球一天多長?

答案:

透過光合作用。

2.早期的地球大氣層由硫化氫、甲烷、氨和二氧化碳組成,只有極微量氧氣。

3.地球轉動速度減慢,令日照時間變長,藍綠藻有更多時間進行光合作用,產生氧氣。

4.有一股臭雞蛋味。

5.約6個小時。

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