为什么从石炭纪开始,地球上的氧气浓度就一直在下降呢?

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提起石炭纪,大家最熟悉的名字应该就是“巨虫时代”了,确实,在石炭纪,昆虫的体型达到了生物进化史上的峰值,出现了半米多长的蝎子,翅膀展开接近一米的蜻蜓等等。而这些巨型昆虫的成因与石炭纪的氧气浓度有很大的关系,从整体上看, 石炭纪的氧气浓度是从低到高,然后再从高到低递进的。 那么,是什么让石炭纪的氧气浓度发生变化呢?我们简单地来聊一下这个问题。


首先,我们来看一下石炭纪的氧气含量为什么会增加?

科学家们通过对地球上不同年代地质层中的放射性同位素分析发现,在距今约3.59亿年前-2.99亿年前的这个时间段内,地球上大气中氧气的含量曾经一路飙升到达过35%,相比较现在大气中氧气的含量(21%)高出了约1.5倍。这究竟是怎么回事呢?

首先,任何时期的氧气含量并不是一蹴而就的,而是有一个漫长的变化过程,石炭纪的氧气含量也是如此,从进入石炭纪开始,氧气含量一直缓慢的增加,直到距今约3亿年前到达了峰值。

其次,石炭纪的氧气增加与上一个地质年代泥盆纪(距今约4亿年前-3.6亿年)打好的基础是分不开的。在泥盆纪的中期,虽然“褶皱造山”(地壳运动的一种)停止了,但是海西运动(地壳升降)并没有停止,这就造成了大量的陆地裸露了出来。到了泥盆纪的后期,蕨类植物在陆地上已经具有了相当的规模。


到了石炭纪,尤其气候温暖湿润,有利于植物的生长,所以蕨类植物进一步地扩大了在陆地上的覆盖面积,根据科学家对石炭纪早期的地质层的研究发现,当时蕨类植物几乎覆盖了地球陆地的超过95%。植物的大面积覆盖,再加上阳光的照射,植物的光合作用开始吸收二氧化碳,释放氧气,此时,大气层中各种气体的比例开始了剧变,到了石炭纪的中期,由于植物光合作用的影响,大气中氧气的占比达到了35%。

有了植被,适宜的环境,到了石炭纪中期出现了无翅昆虫,之后昆虫们慢慢演化出了翅膀,并且在超高的氧气含量下,加上当时陆地上的昆虫几乎没有天敌,最终让它们的体型也达到了史上的峰值,形成了著名的“巨虫时代”。


石炭纪后期的氧气含量为何持续降低?

石炭纪后期的氧气含量开始下降与一个大事件有极大的关系,它就是 石炭纪生物大灭绝。 这次的灭绝事件发生在距今约3.05亿年前,而且该灭绝事件与 石炭纪雨林崩溃事件 有着直接的关系。

石炭纪从距今约3.59亿年前开始,经过了五千多万年的沉淀期,蕨类森林几乎占据了整个陆地,只要有森林的地方就会有枯枝落叶,况且在几千万年的时间中,石炭纪的陆地上由于枯枝和落叶的发酵已经形成了一定的煤矿层。就是这个变化,为石炭纪雨林崩溃事件埋下了伏笔。


由于石炭纪的地壳运动并没有停止,地壳运动使得地幔的岩浆由于的活跃,岩浆的高温将地下的煤炭点燃,火山的喷发导致了地面上的枯枝落叶燃烧,再加上石炭纪密度较大的氧气的助燃,大火一旦被点燃,就是大规模的,而且时间持续也非常的长。

正是因为大火,导致了雨林的崩溃,进而导致了巨虫时代的落幕。而燃烧是需要消耗大量的氧气,释放大量的二氧化碳的,所以,在石炭纪的后期,大气中二氧化碳的浓度为0.08%,是现在二氧化碳浓度的接近3倍。这就是石炭纪后期氧气含量持续降低的原因。


当然火山喷发和岩浆活动只是科学地推断之一,在目前的科学家还有一个说法就是 在石炭纪的后期,地球曾经进入过一次短暂的冰河时代, 冰河时代的来临,终结了石炭纪时期的雨林时代,地球上的环境开始变得干燥。干燥是森林大火的主要诱因之一,因为无论是打雷、小型的火山喷发在干燥的森林中都能造成大火。

因此,石炭纪的氧气浓度降低是发生在末期的,而这次的降低于全球性的大火有关,不过大火的起因目前有两个主流的说法:一个是岩浆,一个是干燥。


总结

石炭纪是地球史上氧气浓度最高的时期,这是因为陆地上几乎都被蕨类森林覆盖的原因,但是,在整个石炭纪,氧气浓度并不是一直很高的,到了石炭纪末期,大火不但摧毁了雨林系统,还带走了无数的“巨虫”和氧气,将“巨虫时代”彻底的终结。

距今3.5亿年前的石炭纪,是植物的鼎盛时期, 那时的地球的地壳运动非常活跃

全球几乎遍布着森林植被,由于气候温暖湿润, 植物在如此环境下便开始了肆无忌惮的生长。

众多的植被让石炭纪的大气含氧量不断增加,达到了惊人的35%,由此出现了大量巨型生物,因而石炭纪又称为巨虫时代。

这是身披坚硬盔甲的巨型马陆,有着锋利的大颚,体长可达三米。

这是巨脉蜻蜓,翼展之长足足有0.9米,飞行速度极快,是当时天空中的霸主。

这是巨型蜘蛛,硕大的体型比人类的头骨还要大。

各类动物在这时期不断的繁衍生息,然而随着时间的推移,一场浩大的生物灭绝事件正悄然而至。 在石炭纪末期,地球进入了一个短暂的冰河时期,海平面下降至100米,气候开始由潮湿变为干旱。


大批的热带雨林因为干燥的气候并不利于生长,植物逐渐崩溃消失,雨林的崩溃导致地球大气氧浓度急剧减少,而在高氧环境中巨虫无法适应低氧环境,使得巨大的节肢动物最终走向了灭绝,此时巨虫时代宣告结束。

取而代之的,地球迎来了长达2.4亿年的爬行动物时代!

说起巨型生物,大家第一瞬间想起的应该是曾经出现过的大恐龙,但在此之前,也就是距今三亿多年前的石炭纪出现的都是巨型生物,而且我们今天所使用的煤炭也大多都是形成于这个时期,因此被称为“石炭纪”。


在石炭纪还有一个显著的特点,那就是氧气含量高,达到了45%,而今天的氧气含量却只有大约21%,为什么地球上的氧气浓度下降了呢?

石炭纪。

石炭纪(距今3.50 2.90亿年前)是植物的大发展时代,在石炭纪,落叶植物还未产生,因此出现的都是一些不落叶的古蕨类植物,而且大量的蕨类植物和裸子植物覆盖了99%的大陆,是地球 历史 上森林覆盖率最高,含氧量最丰富的时代。


石炭纪还被称为“蕨类植物时代”,在那个时期植物群落的面貌,在地球各大区域基本上是一致的,石炭纪还有一个最大的特点,那就是氧气的含量高,根据一些数据来看,石炭纪氧气所占有的比例,竟然达到了45%,是今天氧气含量的两倍。


由于氧气的含量极高,所以动物在呼吸的时候,摄入体内的氧气量也变多了,从而降低了呼吸系统对于体型的限制,因此在茂盛的石炭纪雨林出现了许多巨型昆虫,当时的地球也是处于一个巨虫的时代,一个蜻蜓的大小就相当于现在的老鹰,一只蝎子和现在狗的体型差不多……

其中最恐怖的应该是巨型马鹿,模样与蜈蚣相差无几,体型却比它们大上数百倍,身披坚硬的盔甲,行动迅速敏捷,是当之无愧的霸主。


石炭纪时期全球都是森林,而植物具有光合作用的能力,可以在光照下将二氧化碳转换成氧气,所以石炭纪氧气的含量也就可想而知的高了。

为什么石炭纪之后氧气含量会下降?

第一,因为石炭纪的生物大灭绝事件, 在石炭纪末期,地球进入了一个短暂的冰河时期,年平均气温下降至12 ,曾经湿润的气候也开始变得干燥起来, 干燥的气候不利于大量的热带雨林的生长,植物逐渐消失,直接导致了地球大气氧浓度急剧减少。


第二,人类活动的影响,自工业革命以来,大规模的化石燃料燃烧、人口增长、过度放牧、城市扩张等人类活动大大增加了氧气的消耗量,有研究表明,化石燃料燃烧是引起氧气浓度下降的主要原因,如今的氧气亏损正在增大。

地球上的物质都是不可缺少的,这些物质的共同作用才有了生命的诞生。在一般情况下,大气中的含氧量为21%左右,虽然说氧气的占比不是太高,但氧气的存在却是非常重要的。


就拿人体来说,大脑是支配人体的中枢,为了让145亿个的脑细胞正常进行活动,就需要大量的氧气,氧气可以进入人体的大脑和细胞为人们提供呼吸,是我们呼吸必不可少的,可以说没有氧气人类就无法进行任何活动。


氧气并不是越多越好。

氧气可以为细胞提供活性,人类的大脑和心脏的跳动,都离不开氧气,如果氧气浓度过高,人的大脑反而会出现缺氧的情况,同时身体还会伴随着胸部不适,胸闷咳嗽,呼吸困难等症状,严重时还会发生肺水肿,甚至休克;其次加速衰老,行动缓慢。


如果氧气浓度突过高,人细胞内的酶适应不了高浓度的氧气,就会加速衰老,即使人类可以适应氧气含量的变化,氧气也会与人体细胞中的氧化酶发生反应,生成过氧化氢。

进而变成脂褐素,大量的脂褐素堆积在人体的血液中,还会导致人类思考能力下降,行动缓慢;最后地球上的东西还会易燃,氧含量升高会使很多不易燃的东西变得容易燃烧起来,比如塑料制品,而且当某个地方着火了,想要扑灭它们,难度将会大得多。




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