旧金山- 也许在地球上氧气兴起的触发因素没什么特别的。也许氧化不需要大规模的构造转移或土地植物的进化。取而代之的是，新研究表明，二氧化碳，氧气和磷在地球大气，海洋，岩石和最简单的光合作用形式之间的循环足以产生地球历史上发生大气气体的急剧转变。
“我们看到的[氧气]过渡是由地球的营养周期驱动的，”英格兰利兹大学的生物地球化学家和计算机建模者本杰明·米尔斯（Benjamin Mills）说。提出了研究12月10日在美国地球物理联盟的年度会议上。利兹地质学家刘易斯·阿尔科特（Lewis Alcott）领导的调查结果也是在线发布12月10日科学。
早期地球的大气是水蒸气，浓二，氨，硫化氢和甲烷的蒸汽混合物。然后，大约24亿年前，大气中的氧气突然飞涨，一种被称为大氧化事件（（SN：2/6/17）。再过十亿年左右后，随后还有另外两种大的氧气脉冲到大气中。一个被称为新元古代氧化事件，发生在约8亿至5.4亿年前，将氧气水平降至现代水平的10％至50％以内，并氧化了地面海洋。在最终的脉搏中，称为古生代氧化事件，从约4.5亿到4亿年前，氧气在大气中上升到现代水平，并渗透到深海中。
这种戏剧性的脉冲引起了解释。研究人员考虑了构造构造，例如超强的形成，山脉的隆起和风化以及被称为大火成岩省的广阔熔岩田的喷发。这个想法的说法，这样的过程可能会在短时间内将大量养分汇合到海洋中，从而助长了藻类的突然，改变了世界的花朵。其他研究人员建议，这三个逐步增加对应于三个重大进化的进步：光合藻类的兴起，这些藻类的繁荣和多样化以及陆地植物的兴起。
米尔斯说：“您对可能导致这些逐步事件的事情有很多想法。” “但是您没有共识，甚至不知道它们是否真的必要。”相反，这项新研究表明，地球简单的生物地球化学循环 - 长期回收碳，氧和磷 - 最终足以提高行星的氧气水平（SN：10/1/19）。
研究人员首先构建了一个简单的计算机模型，以考虑碳，氧和磷在地球上的储层之间如何移动并相互交互。
仅存在于岩石中的磷是从微生物到藻类再到植物的生物的关键营养。从风化岩石到海水中添加磷可以在水柱中驱动微生物或藻类活动。可以将氧气从水中拉出，使水氧较弱或缺氧，并从下面的沉积物中抽出更多的氧气。最终，这会导致更多的有机碳被埋在土壤中，并产生更多的氧气，直到化学反应再次随着水变成富氧而翻转。然后，氧气可以从水中逸出到大气中。
行星的缓慢冷却在允许氧气开始积累方面发挥了作用。早期地球的大气不适合让氧气粘在周围：随着行星冷却导致一种称为还原的化学状态，从地幔逃脱的气体逃脱了，其中通过化学反应从大气中迅速从大气中清除了氧气。
但是到大氧化事件发生时，大气已经降低了。米尔斯说，怎么不清楚，并且是未来研究的领域。冷却地球可能已经发射的气体较少，或者这些气体的化学可能发生了一种变化，使它们不太可能去除氧气（SN：19/9/19）。
研究人员对这些不同的投入和产出进行了模拟，并在数十亿年内运行了模型，以观察大气和海洋氧气水平可能会因这些因素而随时间而变化。米尔斯说，结果与使用岩石记录重建的地球氧水平的实际记录非常相似。他说：“我们的结论是，不需要大型构造或生物事件。”这表明“建立一个高氧世界可能不需要复杂的生活……。如果您只有简单的光合细菌，例如[地球上]已经存在了30亿年，那么您可以达到现代的[氧气]水平。”
在这项研究之前，没有试图重建地球悠久的氧化历史包括磷的平行史，尽管“有“经验暗示它已经相关联”，耶鲁大学的地球化学家诺亚·普莱夫斯基（Noah Planavsky）说，不参与新研究的地球化学家。他说：“我们知道地球的大气氧与生物圈密切相关，”他说，但是重建了这些周期如何在地球历史上相互作用。
尽管如此，一些研究人员仍然担心，例如，忽略构造学的作用可能会导致过分简化。 “当然，这些生物地球化学系统很重要。但是，在古元古代和新元古代，我们会看到一场交响乐，如果您喜欢的话，可以驱动和维持氧气产生的力量，”瑞典伦德大学的地质学家阿什利·古姆斯利（Ashley Gumsley）说。 “其中包括超大型大陆的组装和破裂，具有……大型火成岩省，化学风化以及全球冰川化，所有这些都起作用。”
米尔斯承认，这些事件可能仍然在地球上的氧气进化中发挥了作用。他说：“所有这一切的关键是，是的，这些事件发生了，可能会导致氧气发生巨大变化。”但是团队的模型表明“我们不需要它们”。
天文学家和行星科学家Joshua Krissansen-Totton说，这一结论可能是寻求其他行星生活的研究人员，加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的行星科学家Joshua Krissansen-Totton说。他说：“这篇论文最令人兴奋的是，它消除了[触发]事件的需求或复杂的光合作用的生物（如土地植物）。
