氧气弥漫在地球的大气层中,大气层的空气密度随着其高度而逐渐下降,也就是越远离地面空气越稀薄,同理,空气中的氧气含量也就越低。去过高原的人往往会有这种体会,在海拔几千米的高原或是山峰上,呼吸会变得很困难,这就是因为空气中的氧气含量下降所造成的缺氧症状。那么有人或许会问,是谁制造的氧气,氧气到底是从何而来呢?
地球上的氧气主要来自两个方面。第一,源自于植物的光合作用。就是植物的绿叶在阳光照射下,利用叶绿素,将空气中吸收来的二氧化碳和从根部运来的水转化为淀粉、葡萄糖等有机物,并且释放氧气。每年全世界的绿色植物会从空气中吸收大量二氧化碳,并产生相应体积的氧气。第二,源自于非生物参与的水的光解,也就是水被光分解出氧气,这是消耗能量的反应。
在无生命迹象的地球早期,存在少量氧气,即稳定的基态氧分子。但显然这些氧气不是通过光合作用而来,那么,它来自何方呢?有关研究表明,在地球早期的大气环境中,存在着较多的二氧化碳和低能量电子,这些二氧化碳分子可以捕获低能电子,而后可能发生两种解离反应,产生碳原子负离子和自由氧原子或氧分子,而在特定的能量范围内,两种解离反应可能产生氧分子,而且,作为反应产物的自由氧原子也可能结合为氧分子。
此外,地球早期的氧气诞生还与产甲烷菌和蓝细菌有关。产甲烷菌是厌氧微生物,以金属镍为食物来源,能制造大量的甲烷;蓝细菌又叫蓝藻或蓝绿藻,是最早的太阳能“收割机”,借助太阳能,它能利用二氧化碳和水生成氧气和有机物,这一过程也就是人们熟知的光合作用。
不过,虽然蓝细菌一直在努力地产出氧气,但它们的数量不如产甲烷菌的数量,因此它们释放出来的氧气只能被数量更多的甲烷所消耗。因而氧气无处可逃,一出生就“夭折”了。但是,大约25亿年前,地壳降温,地球上的镍含量急剧减少,没有了食物来源的产甲烷菌也随之减少,所以,空气中的氧也终于摆脱了总是被甲烷菌破坏的命运,空气中的氧含量得以大幅提升。
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作者: 吴海燕