大氣中的氧氣從哪里來(Where does Atmospheric Oxygen Come from)？

地球的大氣由大約78%的氮和21%的氧氣組成，還有微量的其他氣體。氧對所有動物和許多其他生物都是必不可少的。由于這種氣體被吸氧的生命形式消耗殆盡，而且往往與許多巖石和礦物發生反應，因此必須不斷地補充。大約98%的大...

地球的大氣由大約78%的氮和21%的氧氣組成，還有微量的其他氣體。氧對所有動物和許多其他生物都是必不可少的。由于這種氣體被吸氧的生命形式消耗殆盡，而且往往與許多巖石和礦物發生反應，因此必須不斷地補充。大約98%的大氣中的氧氣來自光合作用，光合作用是植物從二氧化碳和水中產生糖的過程，剩余的氧氣來自紫外線輻射分解水來自光合作用。光合作用植物和一些細菌光合作用以糖和其他富含能量的物質的形式制造食物。水和二氧化碳被有機體吸收，陽光提供能量來推動這一過程。氧氣恰好是一種非常有用的副產品。據科學家所知，地球上的氧含量在幾億年前一直保持相當穩定，這表明光合作用產生的氧氣或多或少地與其他過程的消耗相平衡，如氧氣呼吸，或有氧生物和化學反應

海洋中發現的浮游植物是另一種氧氣來源大氣中通過光合作用產生的氧氣來源是浮游植物，如海洋中的藍藻，以及陸地上的樹木和其他綠色植物。每種來源的貢獻量仍在爭論之中：例如，一些科學家認為超過一半的氧氣來自海洋，而另一些人則認為這一數字接近三分之一，但很明顯的是，根據地球上生命的平衡，這些數字會隨著地質時間的推移而波動。例如，當大氣剛形成時，藍藻貢獻了大部分的氧氣人們認為，最初，藍藻產生的氧氣被用于土壤、巖石和海洋中的鐵反應，形成氧化鐵化合物和礦物古代大氣中的氧含量通過觀察巖石中的鐵化合物的種類來確定。在沒有氧氣的情況下，鐵傾向于與硫結合，形成硫化物，如黃鐵礦。然而，當這些化合物存在時，這些化合物分解，鐵與氧結合，形成氧化物。因此，古代巖石中的黃鐵礦表示氧含量低，而氧化物則表示存在大量的氣體。一旦大部分可用鐵與氧結合，這種氣體能夠在大氣中積累，據認為，到大約23億年前，氣體的含量已經從很小的微量上升到大氣的1%當其他有機體進化到通過碳氧化利用氧氣提供能量，產生二氧化碳（CO2）時，物質似乎在很長一段時間內保持平衡。它們通過食用富含碳的有機植物物質，無論是活的還是死的。這創造了一種平衡，通過光合作用產生的氧氣與呼吸氧氣的有機體的消耗相匹配。似乎，由于這種平衡，光是光合作用不能解釋氧氣最初的上升。一種解釋是，有些人死亡了有機物被掩埋在淤泥或其他沉積物中，對需氧生物來說是不可利用的，這種物質不能與大氣中的氧氣結合，所以并不是所有產生的元素都以這種方式被消耗殆盡，允許水平上升。在地球歷史的晚些時候，氧含量急劇上升到目前的水平。一些科學家認為這可能發生在6億年前。大約在這個時候，大量相對大型、復雜的多細胞生物出現了，它們需要更高的含氧量。然而，目前還不清楚是什么引起了這種變化。有趣的是，它發生在地球似乎正從一個巨大的冰河期中走出來，在這個時期，地球的大部分地區都被冰覆蓋著一種理論認為，冰川在前進和后退的過程中，會將富含磷的巖石磨碎，并將大量磷釋放到海洋中。磷是浮游植物必不可少的營養物質，因此這可能導致了這種生命形式的爆炸這反過來又會導致氧氣產量的增加，而陸地上的生命可能會消耗掉這些氧氣。然而，并不是所有的科學家都同意這個理論，到2012年，一項研究顯示，1990年至2008年期間，氧氣含量穩步下降總的來說大約是0.0317%。這主要是由于燃燒化石燃料，燃燒過程中會消耗氧氣。但是，考慮到在此期間燃燒的化石燃料的數量，下降幅度低于預期。一種可能是二氧化碳水平的增加，可能與化肥的使用相結合，助長了這一現象更快的植物生長和更多的光合作用，在一定程度上彌補了損失。據估計，即使世界上所有的化石燃料儲備都被燒毀，對氧氣水平的直接影響也很小另一個普遍關注的問題。雖然大面積雨林的破壞會對環境造成許多其他嚴重的影響，但人們認為這不太可能顯著降低含氧量。除了樹木和其他綠色植物外，熱帶雨林支持著一系列的吸氧生命。這些森林似乎對大氣中的氧氣含量貢獻很小，因為它們消耗的氧氣幾乎和它們產生的氧氣一樣多。更嚴重的威脅可能是人類對浮游植物的活動，根據一些資料來源，浮游植物對全球含氧量的貢獻最大有人擔心，燃燒化石燃料導致大氣中二氧化碳的增加，會使海洋變得更溫暖、更酸性，從而減少浮游植物的數量。截至2012年，證據尚不清楚，因為不同類型的浮游植物受到的影響不同。一些種類的浮游植物數量可能會減少，而另一些可能會增長光合作用更快。

地球大氣中含有21%的氧氣。