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琥珀揭示史前大气含氧量的秘密

时间: 2014年01月10日 | 作者: | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
科学家通过研究现代植物树脂和化石,揭示了2.2亿年前的全球大气成分。结果显示地球古地质时期的大气含氧量比之前的假设要低很多。该研究使得目前一些关于气候和生命进化的理论受到质疑,包括大型恐龙出现的原因也有待商榷。

 


研究组分析的琥珀样品几乎来自所有著名的琥珀产地。这件琥珀产于白垩纪,包裹了准落叶杉(Parataxodium sp.)的叶子。准落叶杉是一种已经灭绝的针叶树,存在于加拿大亚伯达省格草湖(Grassy Lake)刚形成的时候。这件样品大约有七千七百万年历史。(版权: Ryan C. McKellar)
 
科学家在重建地球地质历史上的气候成分的时候,面临的难题之一就是——缺少可用样品。而树脂化石(例如琥珀)作为一种稀有的有机材料,能够保存地球上百万年历史的可靠信息。 来自因斯布鲁克大学矿物和岩石学研究所的拉尔夫•塔佩尔特(RalfTappert)解释说:“相比其他的有机材料,琥珀有着自身的优势。在长久的地质年代内,它所保存的化学和同位素信息几乎不会改变。”他与来自加拿大亚伯拉大学和美国及西班牙诸所大学的同事,共同发表了一份自三叠纪以来地球大气化学成分的综合研究。
 
研究已经刊登在《地球化学与宇宙化学学报》(Geochimica et Cosmochimica Acta.)期刊上。这个小组拥有多名跨学科成员,包括矿物学家、古生物学家和地球化学家。他们的研究利用了植物琥珀源自聚合反应的特有优势。拉尔夫•塔佩尔特解释道,“植物通过光合作用将大气中的碳固定下来,形成碳同位素化合物。树脂能将其保存上百万年,由此我们可以推断出大气中氧气的浓度。”通过碳的同位素化合物可以获得氧气浓度的信息,其实更确切地说,是根据碳的稳定同位素——碳12和碳13的比例,推算出当时大气内的氧气浓度。

10%~15%的大气含氧量
研究组一共分析了538份琥珀样品。这些样品都来自著名的琥珀产地,最古老的一块样品大约距今2.2亿年,是在意大利多洛米蒂山发现的。为检验数据的有效性,研究小组同时对比分析了化石琥珀和现代琥珀。这一综合研究的结果表明,在过去2.2亿年的大部分时间里,大气的含氧量要比现在的21%还低,而且低很多,“据我们推测,该值只有10%到15%。”塔佩尔指出。这份研究结果的氧气浓度不仅比现在低,而且对于同一地质年代,相比大多数之前的研究也要低很多。以白垩纪(距今六千五百万年到一亿四千五百万年)为例,之前的研究所得出的大气含氧量最多高达30%。
 
对气候和环境的影响
同时,研究者们把低大气含氧量与地球气候发展的历史结合起来。塔佩尔特指出,“我们发现,特别低的氧气水平往往与全球温度上升时期和高二氧化碳浓度同时发生”。氧气可能影响二氧化碳水平,而且在特定的条件下,会加速二氧化碳进入大气。“总的来说,我们正在研究简单氧化反应的加速现象,尤其是在高温期间,如白垩纪。”研究者们总结发现,极端强烈的火山作用会引发二氧化碳含量增高,同时也将伴随着大气含氧量的下降。在过去五千万年的地质历史时期,这一现象十分明显。因此由结果可以推出,更晚的温度相对较低的时期(如冰期),可能是由于大规模火山喷发的减少和大气含氧量的增加所导致的。
 
氧气可能不是生物巨大化的原因
研究结果显示,氧气含量可能对气候产生间接影响,相应地影响地球生物的进化。很多理论认为大型动物的出现是因为大气含氧量增高,其中一个著名的例子就是恐龙。现在塔佩尔特建议我们需要重新考虑一下这些理论:“在研究中,我们并非否认氧气对生命进化的整体作用,但是恐龙的巨大化不能用这些理论来解释。”研究小组打算分析更加古老的琥珀化石,并强烈建议进行更加深入研究。
 
(翻译:魏玮  审稿:林然)
 
原文链接:http://www.sciencedaily.com/releases/2013/11/131118081043.htm