只有地球有高含量氧气吗？宇宙中可能也存在可呼吸的大气环境！

只有地球有高含量氧气吗?宇宙中可能也存在可呼吸的大气环境!

一个多世纪以来，宜居的外星星球一直是流行文化的焦点。在19世纪，天文学家还认为火星人可能会使用运河为基础的运输线路在火星穿行。而现在，尽管科学家们已经可以研究离我们太阳系几光年远的行星，但从大多数新研究来看，找到其他宜居星球的机会正在变得越来越小。其中，最大的障碍可能就是氧气——人类定居者需要一个高氧气含量环境来进行呼吸。

那我们怎么就能这么幸运地生存在一个氧气充足的星球上呢?地球海洋和大气的历史表明，其实，地球现在的氧气水平可谓相当来之不易。目前的共识认为，地球大气和海洋的氧气水平经过了三个上升阶段才到达今天的水平，第一个阶段被称为“大氧化事件”(Great Oxidation Event)，大约在24亿年前;之后是大约8亿年前的“新元古代氧合事件”(Neoproterozoic Oxygenation Event);最后是大约4亿年前的“古生代氧合事件”(Paleozoic Oxygenation Event)，当时，地球上的氧含量达到了现代氧气水平的峰值，即21%。

但这三个时期内究竟发生了什么呢?这一直是一个有争议的问题。一种观点认为，新的生物对地球进行了“生物改造”，它们通过它们的新陈代谢或生活方式重构了大气和海洋。例如，大约在4亿年前，陆地植物的出现可能就通过陆地光合作用增加了大气中的氧气，取代了海洋中的光合细菌成为主要的氧气制造者。另外，板块构造的变化或巨大的火山爆发也与地球的氧合事件有关。

这段以事件为基础来讲述地球氧气变化的历史表明，我们能够生活在这样一个高氧世界实属非常幸运。如果哪一次火山喷发没有发生，或者哪一种生物没有进化的话，那么地球的氧气水平可能都会停留在低位。但科学家最新的研究表明，事实其实并非如此。我们科学家们针对地球的碳、氧和磷循环建立了一个计算机模型，发现氧的变化可以用地球的内在动力来解释，而且很可能并不需要什么奇迹。

缺失的环节——磷

科学家们认为，关于地球氧合作用的理论中缺少的一点是磷。这种营养对海洋中的光合细菌和藻类非常重要。海洋中含有多少磷最终将会决定地球上的氧气产量，这从30亿年前光合微生物进化以来就一直如此，在今天仍然适用。

海洋中的光合作用依赖于磷，但高磷酸盐水平也会通过一种被称为富营养化的过程导致深海中的氧气消耗量增加。当光合作用微生物死亡时，它们会自然分解，消耗掉水中的氧气，而随着氧气水平的下降，沉积物会释放出更多的磷，这个恶性循环会迅速地去除水中的氧气，这就意味着海洋中的氧气含量能够迅速变化，但它们在很长一段时间内都被另一个涉及到地幔的过程所缓冲。

纵观地球历史，火山活动释放出的气体会与大气中的氧气发生反应并将其从大气中移除。随着时间的推移，由于地幔的冷却，这些气体流量会逐渐减少，而我们的计算机模型表明，这种缓慢的减少，以及光合作用生命的最初进化，是产生一系列氧气水平阶梯式增加所必需的条件。

这些阶梯式的增加与地球历史上的三个氧气增加阶段有明显的相似之处。这个模型也支持我们目前对海洋氧合作用的理解，在海洋的氧合水平变得像今天这样具有弹性之前，海洋氧合作用似乎涉及到无数的氧合和脱氧循环。

但真正令人兴奋的是，这说明氧合模式并不需要艰难而复杂的进化奇迹，也不需要灾难性的火山或地质构造事件。因此，一旦光合作用发生之后，地球似乎就会不可避免地出现氧合作用，增加氧气含量，这表明，在宇宙的其他地方存在高含氧量星球的机会可能比我们以前想的要大得多。