大陆板块的分分合合可能是导致氧气形成的主要原因。

你刚刚吸入的空气中，有一种气体进入了你的血液并供养了你的细胞，这种一刻也离不了的气体大家都知道是氧。

目前的大气中氧占21%，然而生命刚刚出现的时候，地球上还没有这种气体，关于早期地球的权威理论是这么说的。那时，最高级的生物是生活在大海中的单细胞细菌，它不需要氧、从那以后，氧分子便开始在海洋中和大气层中集聚，最后导致较大的多细胞动物的出现。大气层中没有这种气体，生命就决不会长得更大。

有一本教科书是这样说的，氧的首次出现是早期细菌利用太阳光（光合作用的主要部分）分裂水分子时。但是，紧随其后氧的情况就模糊不清了。研究人员认为，能够进行光合作用的生物体制造出氧，最后在大气层中集聚。但是他们还不清楚，氧聚集的速度和氧是怎样聚集的。

发表在10月15日《自然》上的新研究指出，地球本身的地质新陈代谢是导致氧集聚的主要原因，加州芒廷维尤NASA埃姆斯研究中心的戴维 · 德斯 · 马雷斯（David J. Des Marais）和他的同事们——德国鲁尔大学的哈拉德 · 斯特劳斯（Harald Strauss）、澳大利亚堪培拉矿产局的罗杰 · 萨蒙斯（Roger E. Summons）和布卢明顿印第安纳大学的约翰 · 海斯（John M. Hayes）说，板块活动导致氧释放到大气层中。

关于氧起源的这一假说是研究人员对原生代（26代年前～6亿年前）岩石中的碳的研究后得出的。这种间接研究法主要是因为破和大气中的氧有着密切的关系。光合作用的生物体通过分解水平释放出氧，同时它们还制造有机碳分子形成碳水化合物，每释放1摩尔氧牙子，便形成1摩尔碳水化合物。因此，释放出的氧并不总是自由的，几乎所有的光合作用产生的氧最终还是被细菌和其他生物体捕回，因为它们在消化有机碳时需要呼吸氧。然而，一部分有机碳被大陆上冲刷到大洋里的沉积物覆盖住，因而一小部分的氧便逃出了这种捕捉，由于埋没了部分有机碳，便留下了等量的光合作用产生的氧进入海洋和大气中。所以有多少碳被埋住，就有多少氧集聚在大气层中。

德斯 · 马雷斯和他的同事们通过估算整个原生代洋底沉积物中的有机碳含量来推算氧的含量，为了做到这些，他们对页岩和碳酸盐岩中的破同位素进行了比较，因为页岩记录了有机物中的碳同位素值，碳酸盐岩记录了海水中的无机碳同位素值，利用这一同位素资料，德斯 · 马雷斯组便估算出了洋底有机物中的碳含量。

正如许多专家所预料的那样，研究人员发现，这部分被埋没的碳随着时间的推移在不断增加。这就表明，光合作用后大气层中的氧也在不断上升。德斯 · 马雷斯说：“这种增加主要集中在2个时期。”开始是21亿年前～17亿年前，然后是11亿年前～7亿年前。研究人员认为，在这2个时期，氧的含量明显增加。

德斯 · 马雷斯发现，这2次猛增特别有趣，因为它们和板块活动期正好吻合。这2期的地质事件表明，地球上的陆地先被分成几块。形成新的大洋盆地，然后又冲撞在一起形成大块陆地。在这2次活动期之间，地球处于相对静止状态。德斯 · 马雷斯认为，它们有着非常紧密的相互关系。他说：“这些地质事件发生时也正是氧在大气中大量集积时。”

地质事件之所以有这么大的影响，是因为无论是大陆分开还是冲撞在一起，都会引起巨量的沉积物流入海洋中。德斯 · 马雷斯举例说，目前，印度板块正和亚洲板块相撞引起喜马拉雅山脉的上升，因而导致它的外表加速流失，这样印度河里的泥沙增多。实际情况正是这样，恒河的泥沙是亚马逊河的4倍，然而恒河的流量只有亚马逊河的三分之一。

德斯 · 马雷斯说，现在让我们看着地质史上也是这样，当时南美洲和北美洲相撞后也有和喜马拉雅山脉似的大山，后来由于侵蚀作用，大量泥沙流入海洋覆漦住海底的有机物，这样大气层中的氧便越聚越多。

这种氧和板块构造有关的观点与长期以来的标准理论相冲突。德斯 · 马雷斯说，虽然科学家们以前就已认识到，火山活动对氧的形成有着部分作用。但传统的理论却认为生物进化受大气层中氧集聚的速度和规模的制约。然而根据这种新的观点，当新的生物体出现时，它们的光合作用更为强大，因而进入大气层中的氧也就更多。

总而言之，德斯 · 马雷斯并不否认光合作用聚氧的重要性，但他仍坚持认为，是地质事件导致海底的有机物被封才让更多的氧在大气层中集聚起来。

研究早期地球的其他科学家接受了这种新观点，但是德斯 · 马雷斯还必须作必要的更为详尽的研究。哈佛大学的海恩里奇 · 霍兰德（Heinrich D. Holland）说：“德斯 · 马雷斯认为他的讲释是合理的，但是只是合理还不行，还必须证实它的正确性。”密执安大学的詹姆斯 · 沃克（James C. G. Walker）评论，这种观点可能是对的，但是这种资料却无法核实。”

霍兰德和沃克问德斯 · 马雷斯和他的同事们，岩石中的碳同位素比率是怎样获得的？翟兰德和沃克指出，要收集20亿年前的全球的同位素值是非常困难的。

沃克说：“现在的问题是，碳同位素的变化史我们怎样才能获得它？”德斯 · 马雷斯的论文里有许多假设，虽然合理但不一定正确。沃克还说：“这是一个非常难解的领域，要确证原生代的资料是非常困难的。我认为他们的这些工作应该肯定，但是整体情况不一定有那么明确。”

霍兰德也表示赞同，也相信这些结论或者至少是一部分。他自己的研究现，氧水平的大量上升在22亿年前～20亿年前和德斯 · 马雷斯的差不多。但是霍兰德认为，这种变化可能与火山活动有关，而不是板块构造。自从地球诞生以来，由于地球内部的逐渐冷却，火山活动便越来越少。番兰德认为，因为喷发出的气体和氧反应，所以火山活动的逐渐减少大气中氧便越聚越多。然而他乐意接受这一新理论，他认为这一理论是惊人的成果。“在这一点上，我认为不是每个人都是有把握的。”总之，地球科学家们更加相信，氧的聚集是地质因素起了主要作用。他们认为，生命和地质事件一定有关，但是，生物的进化不一定受氧控制。

[Science News，1992年12月12日]