那么，我們?nèi)绾稳绱诵疫\(yùn)地在充滿氧氣的星球上進(jìn)化呢?地球海洋和大氣層的歷史表明，要將氧氣的水平提高到當(dāng)今非常困難。

目前的共識(shí)是，地球大氣和海洋中的氧氣水平經(jīng)歷了三步上升，第一個(gè)被稱為大約24億年前的大氧化事件。此后發(fā)生了大約8億年前的新元古代充氧事件，最后是大約4億年前的古生代充氧事件，當(dāng)時(shí)地球上的氧氣水平達(dá)到了21%的現(xiàn)代峰值。

在這三個(gè)時(shí)期內(nèi)發(fā)生的增加氧氣水平的事情尚有爭議。

一種想法是，新生物對地球進(jìn)行生物工程改造，通過其新陳代謝或生活方式改變大氣層和海洋。例如，大約4億年前陸地植物的崛起可能通過陸上的光合作用增加了大氣中的氧氣，從而取代了海洋中的光合作用細(xì)菌，而海洋中的光合細(xì)菌一直是地球歷史上最主要的氧氣生產(chǎn)者。

另外，板塊構(gòu)造的變化或巨大的火山噴發(fā)也與地球的充氧事件有關(guān)。

氧在地球上如此豐富的基于事件的歷史表明，我們很幸運(yùn)能夠生活在一個(gè)高氧世界中。

如果沒有發(fā)生一次火山噴發(fā)，或者沒有進(jìn)化出某種類型的生物，那么氧氣可能停滯在低水平。

但是我們最新發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究表明，事實(shí)并非如此。

我們創(chuàng)建了一個(gè)地球碳，氧和磷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模型，發(fā)現(xiàn)氧的躍遷可以用我們星球的固有動(dòng)力學(xué)來解釋，并且可能不需要任何奇跡般的事件。

磷-缺少的鏈接

我們認(rèn)為關(guān)于地球氧合作用的理論缺少的一件事是磷。這種營養(yǎng)對于海洋中的光合作用細(xì)菌和藻類非常重要。

到底有多少海洋磷將最終控制地球上產(chǎn)生多少氧氣。今天仍然是這樣-自大約30億年前光合微生物的進(jìn)化以來，情況就是如此。

海洋中的光合作用取決于磷，但是高磷酸鹽水平也通過稱為富營養(yǎng)化的過程推動(dòng)深海中氧氣的消耗。

當(dāng)光合微生物死亡時(shí)，它們分解，這消耗了水中的氧氣。

隨著氧氣含量的下降，沉積物往往會(huì)釋放出更多的磷。該反饋回路可快速去除氧氣。這意味著海洋中的氧氣水平可以快速變化，但是它們在很長的時(shí)間范圍內(nèi)受到涉及地球地幔的另一個(gè)過程的緩沖。

在整個(gè)地球歷史上，火山活動(dòng)釋放出與大氣發(fā)生反應(yīng)并從大氣中清除氧氣的氣體。

由于地球的地幔冷卻，這些氣體通量隨著時(shí)間的流逝而消退，我們的計(jì)算機(jī)模型表明，這種緩慢的降低以及光合作用壽命的最初演變是產(chǎn)生一系列氧含量逐步變化所必需的。

這些階梯式上升與整個(gè)地球歷史上發(fā)生的三步式氧氣上升明顯相似。

該模型還支持了我們對海洋氧合的當(dāng)前理解，在海洋像現(xiàn)在這樣被彈性地氧合之前，它似乎涉及了許多次氧合和脫氧循環(huán)。

所有這一切真正令人興奮的是，無需復(fù)雜而復(fù)雜的進(jìn)化飛躍或周圍環(huán)境災(zāi)難性的火山或構(gòu)造事件，就可以創(chuàng)建充氧模式。