地球与环境

紫外线轰炸地球!24亿年前环境有多恶劣?为什么

 

今天的地球,是生命的天堂。在整个太阳系内,我们找不到任何一颗星球像地球一样宜居,而且遍布着无数的生命。可是,在以往漫长的岁月里,地球都是一颗地狱般的行星。如果今天的人生活在那个年代,不知死得有多惨。

而且,根据科学家的最新研究成果,我们可能低估了当时地球环境的恶劣程度!

今天地球上能够孕育出这么多生命,离不开一种物质,那就是氧气。在我们的体内,氧气可以参与到各种各样的生物化学反应中,比如分解葡萄糖以供给能量等等。

不过,地球不是一直都有这么多氧气的。在差不多一半的寿命中,地球上都是贫氧的。一直到了24亿年前,发生了一件意义非凡的事,那就是著名的大氧化事件。

虽说地球生命早在三十多亿年前就已经出现了,但那时候的生命都非常原始,没有复杂的生命体。在距今24亿年前的时候,有一种生物迎来了大爆发,那就是蓝藻。蓝藻是一种原核生物,含有叶绿素,可以进行光合作用。

它的爆发给地球大气中提供了大量的氧气,从此地球大气中的氧气水平从几乎为零骤然提升,给后来复杂生命的出现提供了契机。

从氧气出现到生机盎然的生物圈,还有相当大的距离。大氧化事件一度导致地球气温骤降,进入到了雪球地球时期,当时地球上的冰盖几乎蔓延到了赤道,几乎可以说地球大部分都被冰冻住了。这样的代价是值得的,因为地球生物需要氧——不仅仅是氧气,还有氧元素的另一种单质,那就是臭氧。

氧气是由两个氧原子结合而成的,臭氧分子则包含了三个氧原子。臭氧对于地球生物来说至关重要,它可以抵御紫外线,防止这种高能射线对生命体造成伤害。

去看看南极洲臭氧空洞下的动物们,很多都已经因为遭受了大量的辐射而失明。这还算是轻的,如果遭受到了过多的紫外线辐射,恐怕连命都保不住。尽管有些生物具有抵御紫外线的机制,有些生物甚至能够自主修复被紫外线破坏的身体构造,但对于我们人类来说,过多地暴露在紫外线辐射下,甚至可能诱发皮肤癌,以至于死亡。

所以说,臭氧层是地球的一个护盾,维护了无数生灵的繁衍生息。

地球上空臭氧的含量,受到许多因素的影响,其中影响最大的,就是大气中氧气的含量。这意味着,大氧化事件给地球臭氧的含量也带来了巨大的变化。

在地球刚刚经历大氧化事件之后的一段岁月里,臭氧层还不像今天这么完整,抵御紫外线的能力也相当有限,这对地球的生命来说是一个巨大的考验。

英国利兹大学的天体物理学家Gregory Cooke介绍说:“尽管大量的紫外辐射不会完全杜绝生命的出现和演化,但它会形成一种筛选的压力,导致只有那些更善于应对大量紫外辐射的生命体获得生存优势。”

而我们人类,恰恰是不善于生存在高能紫外辐射下的生物。在当初的环境下,是不可能孕育出我们这些灵长类动物的。

而且,根据科学家的研究,即便在大氧化事件之后相当长的时间里,地球臭氧层能给地表带来的保护作用都相当有限。

当初,科学家们认为,当地球大气中氧气的含量达到今天的1%左右时,臭氧层就已经足够抵御具有危害的那部分紫外辐射了。不过,根据最新的计算机模拟结果显示,这样的氧气含量恐怕不足以维持臭氧层的保护力,只有氧气含量达到今天水平的5%-10%的时候才可以。

也就是说,有一段我们认为可能宜居的史前时代,同样是生命的地狱;那一段本来就被认为不宜居的时代,紫外辐射远比想象中要更加恐怖。

科学家们原本以为,在过去这24亿年的时间里,地球大气中有足够的臭氧保护地表生物。这样看来,穿越臭氧层来到地表肆虐的紫外线要比想象中多得多。

Cooke说:“在过去的20亿年时间里,到底有多少紫外线穿越后来到了地表,这还是个问题……如果我们的模型对地球氧化后的历史推测符合实际情况,那么在超过10亿年的岁月里,地球都经历了紫外辐射的洗礼,而且这种辐射的强度远比此前认为的要更高。这或许对生命的演化产生了深远的影响。”