从安大略14亿年的蒸发湖沉积物中提取的古代氧气样本，提供了新的证据，证明了在动物生命出现之前，地球的大气层和生物圈是什么样子的。
发表在《自然》(Nature)杂志上的这一发现，是近10亿年以来最古老的大气氧同位素测量。这一结果支持了先前的研究，即在地球历史的这个时期，空气中的氧含量仅是今天的一小部分，因为生物圈的生产效率要低得多。
“几十年来，人们一直认为大气的成分随着时间的变化而变化很大，”彼得·克罗克福德说，他是麦吉尔大学的一名博士生。“我们提供了明确的证据，证明14亿年前的地球确实大不相同。”
这项研究为地球科学家所称的“初级生产”提供了迄今为止最古老的标准。在初级生产中，位于食物链底部的微生物——藻类、蓝藻等——从二氧化碳中产生有机物，并将氧气倒入空气中。
一个较小的生物圈
“这项研究表明，14亿年前的原始产量比今天要少得多，”参与监督克鲁克福德在麦吉尔公司工作的高级合著者博斯韦尔·荣(Boswell Wing)说。“这意味着，全球生物圈的规模必须更小，而且很可能没有产出足够的食物——有机碳——来支持许多复杂的宏观生命，”Wing说，他现在是科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado at Boulder)的地质学副教授。
为了找到这些发现，克罗克福德与耶鲁大学、加州大学河滨分校和安大略省雷湾莱克黑德大学的同事合作，收集了苏必利尔湖北部沉积岩地层中被称为硫酸盐的古老盐的原始样本。克罗克福德将这些样本送往路易斯安那州立大学，在那里，他与共同作者鲍慧明(Huiming Bao)、贾斯廷•海尔斯(Justin Hayles)和彭永博(Yongbo Peng)密切合作。彭永博的实验室是世界上为数不多的几个实验室之一，利用一种专门的质谱技术探测硫酸盐中的稀有氧同位素。
这项工作也为一段被称为“无聊的十亿”的地球历史提供了新的线索，因为它几乎没有产生明显的生物或环境变化。
“柔和的初级生产力mid-Proterozoic时期——大约20亿到8亿年前,一直暗示,但没有硬数据生成借给强烈支持这一想法,“盖伦霍尔沃森指出,该研究的作者之一、地球和行星科学副教授麦吉尔。“这就有可能解释为什么中元古代海洋在生产和沉积有机碳方面如此无趣。”克罗克福德的数据“提供了直接证据，证明这种无聊的碳循环是由于初级生产力低下。”
太阳系外行星的线索
这些发现也有助于天文学家寻找太阳系以外的生命。
“在地球历史的大部分时间里，我们的星球上都充满了微生物，而在未来，它们很可能会在我们离开地球很久之后成为地球的管理者，”克罗克福德说，他现在是普林斯顿大学(Princeton University)和以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的博士后研究员。“了解它们所形成的环境，不仅可以让我们了解自己的过去以及我们是如何来到这里的，而且还可以为我们发现有人居住的系外行星提供线索。”
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