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地球的大氣層形成初期是不含氧氣的。原始大氣是還原性的,充滿了甲烷、氨等氣體。
大氣層氧氣的出現(xiàn)源于兩種作用,一個(gè)是非生物參與的水的光解,一個(gè)是生物參與的光合作用。
生物的光合作用對(duì)大氣層的影響巨大。它造成了大氣層由還原氛圍向氧化氛圍的轉(zhuǎn)變。使得水光解產(chǎn)生的氫氣能重新被氧化為水回到地球而不至于擴(kuò)散到外層空間去,從而防止了地球上的水的流失。同時(shí)光合作用也加速了大氣層氧氣的積累,深刻地改變了地球上物種的代謝方式和體型。大氣層含氧量在石炭紀(jì)的時(shí)
中國科大田善喜教授研究組發(fā)現(xiàn)這一“氧氣起源”,揭示了早期地球上氧氣產(chǎn)生的全新機(jī)制,表明氧氣非光合作用而來。
在早期大氣環(huán)境中存在較多的二氧化碳和低能量電子,田善喜研究組提出這些二氧化碳分子可以捕獲低能電子,產(chǎn)生碳原子負(fù)離子和自由氧原子或者氧分子。并通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)作為產(chǎn)物的自由氧原子和氧分子在早期大氣化學(xué)反應(yīng)中的作用。