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生物圈一开始演化就对气圈、水圈和岩石圈的有关演化具有深远的生物地球化学影响。在沉积记录中保存地壳演化的这几个圈同时相互影响的反馈作用为恢复生物地质学提供了证据。但是对这些证据的解释常常很困难的。生物成因和原生成因两者都需要证明,提出的每个形态或生物化学化石要确定它的可靠范围。生物圈和有关的演化的建立,必须批判性地估计到地球化学和沉积学的异常。间接的证据认为产生氧的自养生物大约在38亿年前就有了,但自由氧大约20亿年前才开始积聚。空气中和溶液中的各种还原物质是氧的沉淀槽(Sinks),它们保持光解和生物成因的氧相当于原始厌氧和显微亲氧原核细胞所要求的水平。已经证明的最古老生物成因和无疑的原生显微结构是上湖地区近于或大于2亿年地层中原核细胞。生物氧调解的改善,碳的不断分泌,充满了氧的沉淀槽开始了大气圈中氧的聚集就导致接近或晚于20亿年前臭氧层的形成。其后果是条带状含铁建造的基本结束,红层的突然出现,防护氧的厌氧细胞内作用,预示真核细胞的来临。可能的真核细胞出现在13亿年老的加利福尼亚州岩石中。它们是大的单细胞和直径粗、有分枝和隔壁的丝状体。真核细胞演变的可能后果是大气中氧的增加,碳酸根和硫酸根离子的增加和性别的出现。减数分裂肯定在7亿年前就逐渐形成了,也可能在13亿年前,大概和细胞的有丝分裂同时。不管是什么时间,它结束了真核细胞遗传机制的发展并且予示着组织、器官的分异和生命的高等形式。这些又带来对沉积作用,成岩作用、成矿作用潜在的反馈作用。最初的后生动物出现在7亿年前。它们没有外壳,依靠氧的简单渗透。生物外壳大约6亿年前产生,当时氧的含量水平已有利于出现高级的呼吸系统。 相似文献
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大气有机氮沉降及其对海洋生态系统的影响 总被引：8，自引：0，他引：8
有机氮是大气中含氮物质的重要组成部分。大气中有机氮化合物的种类繁多,按其存在的形态可分为：氧化型、还原型以及生物/颗粒型有机氮,这些有机氮可来自自然源和人为源的直接释放,也可来自于无机氮与碳氢化合物间的大气化学反应。大气有机氮对海洋的输入不仅可以促进海洋初级生产力的增长、进而增加二氧化碳的吸收速率,还可能影响海洋生态系统的结构和功能。分析了海洋大气有机氮沉降的最新研究进展,结果表明：气溶胶中的有机氮在总氮中所占的比例为39.6%±14.7%;陆地雨水中以有机形式存在的溶解氮为30.2%±15.0%,而海洋上,溶解有机氮可达到雨水中总氮的62.8%±3.3%。可见,目前仅包括无机氮沉降的入海通量可能低估了1/3。因此,开展大气有机氮沉降的研究,有助于评价有机氮在全球氮循环中的作用,以及对海洋生态系统的短期和长期的影响。 相似文献
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阐述了21世纪第一个十年生物地球化学领域的重要研究进展和未来可能的重点发展方向。在近代陆-海系统碳循环的库和通量上已经取得了重要进展,并发现了一些参与氮、硫循环新的微生物功能群。阐述了显生宙生物大灭绝期间碳循环异常的特点及其可能的原因,但对氮、硫循环的了解比较薄弱。地球早期的碳、硫循环与生命起源、大气和海洋水化学条件的关系已经取得重要认识。生物地球化学过程可以通过生态毒理,以及大气成分和海洋水化学条件的改变影响生命系统。微生物地球化学功能的微区、原位、痕量示踪等技术得到快速发展。未来将加强地质历史时期碳、氮、硫循环的定量分析以及空间变化的研究,各种元素循环之间的相互关系及其界面过程、极端环境的生物地球化学过程将进一步受到重视。生命科学领域重要技术的引入将提升生物地球化学过程的研究。 相似文献
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《矿物岩石地球化学通报》2015,(4)
<正>地球上的生命起源于35亿年前,真核生物在20亿年前出现,多细胞生命在8~6亿年前出现,他们的出现均与地球表面的氧化作用有关。接下来5.4~5.2亿年前的"寒武纪生命大爆发"尽管在半个世纪前就被认为是氧含量的增加导致,但是在早寒武纪海洋的氧化还原条件,尤其是深海条件,仍处于争论。南京大学和苏黎世联邦理工学院最新研究发现"寒武纪生命大爆发"与全球海洋含氧底水的扩散保持一致。由于 相似文献
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正一直以来,关于生命演化,科学界普遍公认:地球复杂生命形态只有在当大气氧的含量上升至接近现代水平时才能进化。但是,由南丹麦大学海洋生物学研究中心主持的最新研究颠覆了这一传统认识,其研究成果发表于2014年2月17日出版的美国科学院院刊(PNAS)。迄今为止,复杂生命起源是科学界最大的谜题之一。最初的简单原始细胞如何进化为地球上现存的多样的先进生命体?科学界始终将这归结为氧的作用。6.3~6.35亿年前,地球上首次出现复杂生命形态,而在数十亿年以前仅有原始的单细胞生命形态。复杂的动物体的出现伴随大气氧含量的显著上升,因此,两者之间的这种显著关联表明大气氧含量的增加导致了动物的进化。 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>全球活性氮的释放和大气氮沉降在最近几十年显著增强,中国加剧的氮沉降(近30年由13.2增加到21.1 kg N ha–1 year-1)主要来自于快速增长的能源消耗(机动车和燃煤)和农业、畜牧业发展(化肥、家畜)等。大气氮沉降主要包括气态、气溶胶及降水中的各种化合物,如氮氧化物、氨、硝酸盐和有机氮等。大气氮沉降是生态系统最重要的氮源之一,而大量的可利用活性氮使得水体系统富营养化以及陆地生态系统氮饱 相似文献
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引言随着西澳大利亚瓦拉沃纳群硅质岩中小球状和丝状微化石及选层石的发现,可以确信生命的历史可追溯到35亿年以前。真核生物的出现可能早于15亿年,但是直到大约13亿年以前尚未找到确切的标本。后生动物大约在6.8至5.7亿年期间出现,宣告进入了显生宙时代。在最早期的生命历史中伴随着由前生物有机化合物所洪给的、可能是异养的最早生物的发展导致生物演化上的转折点。自养生物[造甲基(Methanogens)和光合自养厌 相似文献
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《矿物岩石地球化学通报》2021,(2):336-336
N是生命和气候的关键元素。根据地质样品记录的大气成分信息,30亿年以来大气中的氮气(N2)含量一直保持在较高水平。因此,俯冲沉积物中大量的N应该不能有效进入地幔,否则会造成大气中的N在地质时间尺度的快速降低。另外,俯冲带中的N也可能以NH+4等形式在矿物、熔体和流体中赋存,而N在不同载体之间的分配系数缺乏制约,导致目前无法判断是哪些因素决定了俯冲带中N的命运。 相似文献
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植物叶片氮同位素(δ15N)指示大气氮沉降的探讨 总被引：4，自引：0，他引：4
大气氮沉降的植物监测还未得到重视,尤其是氮同位素(δ15N)示踪技术的研究在国内基本还没有开展。大气中的氮能够被叶片吸收而成为植物生长的氮源使得叶片氮同位素可以用于指示大气氮沉降,但影响因素甚多其可靠性不确定。本文总结了大气氮沉降输入及其被叶片的吸收机制,进而探讨利用叶片氮同位素识别大气氮沉降存在的问题。此外,近年来的研究表明,苔藓氮同位素是指示和评价大气氮沉降的可靠工具,还探讨了苔藓氮同位素指示大气氮沉降的可行性和优势,目的在于促进从氮同位素的角度认识地表植物对大气氮的吸收,为深入开展植物氮同位素指示大气氮沉降的研究提供理论依据。 相似文献
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袁超 《矿物岩石地球化学通报》2016,(4):645
正我们在地球生存,离不开空气中的氧气。其实在地球45亿年漫长的历史中,前一半的地质记录显示空气中是没有氧的。地质记录显示,在地球45亿年的演化历史中,前一半的时间空气中是没有氧气的,直至24亿年前的一次"大氧化事件"之后,空气中的氧含量才突然提升到现在的水平,才有生物的存在、繁荣和演化。现有的 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>氮是陆地、海洋生态系统动植物生长和繁殖的必需元素之一。在大部分开阔海域,特别是贫营养海域,活性氮(主要包括NH4+、NO3-和水溶性有机氮DON)是初级生产力限制因素,并且很大程度上可能控制着生物泵的效率以及海洋向大气碳的输出。NOx是大气活性氮的主要成分之一,主要来源于化石燃料燃烧、闪电固氮、生物质燃烧和土壤微生物释放,通过一系列的化学反应,最终以NO3-形式沉降。本研究于2013年2月至2014年1月,在南海西沙采集了为期一年的气溶胶样品;在南海北部夏(2012 相似文献
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根据化石记录可知,大量复杂生物类群迅速出现在早寒武世,这就是所谓的寒武纪生命大爆发.在此之前,有距今6亿年前的前寒武纪末埃迪卡拉生物群化石出现,此后的70～80 Ma里,生命就以上升了一个数量级的速率演化.这些在原始地层中看似迅速出现的化石,最早在19世纪中期就有所记录,达尔文认为,这是对他提出的进化论的自然选择观点的主要反对证据之一.有关新动物群的出现及演化长期困惑着地学界,集中在以下三点:在前寒武纪-寒武纪界线附近或早寒武世这个相对较短的时期内,存在着生命大爆发.是什么引起了这样的快速演化事件?这对于生命的起源与演化将意味着什么?对"寒武纪生命大爆发"的强烈兴趣还启发了20世纪70年代对布尔吉斯页岩化石记录的研究.不久之后,中国的澄江生物群包括对它后续的研究又很好地支持了生命大爆发.在前寒武纪一寒武纪界线附近究竟发生了什么?随着笔者对寒武纪事件越来越多的了解,积累的数据使得很多原先提出的假说都变得不太可能了.通过作者对地球环境的改变和寒武纪生命大爆发详实的研究,发现这种改变是可以由撞击事件引起的.在对寒武纪时期的地球进行了详细的研究之后,笔者提出了新的见解.前寒武纪晚期,存在大型的陨击事件.碰撞的高温结束了大冰期,使生物信息得以交流.同时,撞击启动基因调控机制、释放HSP90变异.一方面,调控基因决定了其他基因的表达,最早的调控基因发现于布尔吉斯页岩中(535 Ma).另一方面,HSP90原本是积累突变的蛋白,一旦环境突然发生变化,所有DNA突变将得以表达,在短时间内新的生命形式得以进化.并且这种变化是可以遗传的.然后,在新生臭氧层保护与有氧呼吸能量供应下,地球另一端幸存地下生命爆发,产生硬壳及复杂的新陈代谢以适应高温高压.现代的银河系天文理论,即密度波理论,在本文中被应用以试图解释这种撞击背后的天文学诱因.5～6亿年前的寒武纪事件使笔者联想起另外两次仍然存在争议的大规模撞击事件,它们引起的大气变化、水圈变化、生物圈变化、碳酸盐岩变化、磷矿变化都惊人的相似.形成于17亿年以前的Sadbury陨击坑直径为200 km,是最大陨击坑之一;23亿年以前(23.3～22.88亿年)地质环境(沉积圈、生物圈、水圈、大气圈)发生了由地外因素引起的灾变.灾变后,火山活动明显减弱,富氧大气圈形成,生物演化出现飞跃,叠层石开始广泛发育,碳酸盐岩在各大陆大量沉积,第一次全球性磷矿期开始发育.根据几处23亿年左右陨落的大量消溶型铁质宇宙尘的发现,推论该灾变的起因是与陨击作用有关的宇宙事件,且地表23亿年前的泛火山运动和月岩年龄分布(23～25亿年)以及月表陨石坑构造等表明:23亿年前,地外物体对地球的冲击作用非常强烈.再考虑到6 500万年前的契科苏博鲁陨击事件,也就是说,在已经得到广泛承认的和存在争议但有事实支持的地外灾变事件中规模最为巨大的三次撞击事件符合5～6亿年这一大周期.5～6亿年正是太阳系扫过银河系四条主旋臂一次所用的时间:太阳绕银河一周的时间大约是290个百万年.而由于在太阳绕银河转的时候,银河系的四条大旋臂同样旋转,并且其螺旋势场的角速度约是太阳系的一半,最终叠加的结果就是这样的一个大周期.密度波理论表明,旋臂处质量密度非常大,并且形成旋臂的螺旋引力场将对太阳系产生影响,诱发撞击事件.本文通过前人定性证据和笔者实地考察表明,上述假说与当时的绝大多数重要天文事件和地质发现相吻合,广泛的铱异常与位于澳大利亚的大型陨击坑均有发现.对澳大利亚的Acraman陨击坑和HAPCIS陨击坑的基底构造实地分析也表明了前寒武纪末曾经存在过陨击事件.最后笔者利用计算机模拟了大气圈变化.模拟分两步进行,首先从岩石热分解得出需要的温度与压强数据,而后将数据作为参数用于模拟.数据结果表明撞击区域的大气温度在4 000 K左右,压强为5 600 Bar.撞击增加了大气中二氧化碳和氧气的含量,并强化了臭氧层.这些含量的变化与地质上的记录一致. 相似文献
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中国晚前寒武纪至早寒武世生物事件及前寒武系—寒武系界线 总被引：1，自引：0，他引：1
《地层学杂志》1992,(1)
<正> 35亿年前,地球上开始有生物存在,主要是兰藻和细菌。距今10亿年左右,开始出现软躯体动物所形成的遗迹化石。9亿年有蠕形动物的实体化石——淮南生物群保存。7亿年软躯体后生动物——埃迪卡拉动物群(西陵峡生物群、高家山生物群)大量繁殖,使晚前寒武纪的生物演化进入一个新阶段。6亿年左右,骨骼化动物——梅树村动物群(或托莫特动物群)的出现,开创了生物发展、演化史上的新纪元。使更多的生物能够以化石 相似文献
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自从地球诞生以来经历了许多重大事件：早期生命的出现、大气氧化事件（Atmospheric oxygenation）、雪球地球及多次生物绝灭与复苏事件。稳定同位素记录在古环境和生命演化研究中具有重要意义,在记录环境变化和生命演化的重大事件中发挥着重大作用：碳同位素的分馏记录了最早生命的开始,硫同位素的非质量相关分馏（Independent mass fractionation of sulphur isotopes）记录了大气中氧含量的重大变化,而在显生宙的几次重大生物灭绝事件中,均有碳同位素的负向漂移。 相似文献
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当今人类正在面临大气二氧化碳浓度升高、全球变暖、海洋酸化等一系列气候环境问题,有科学家提出这可能导致第6次生物大灭绝.类似的灾难事件在地质历史上多次发生,因此以史为鉴、以古示今才能更好地认识、应对和解决这些问题.显生宙最大的一次生物灭绝事件发生在2.52亿年前的二叠纪-三叠纪之交,超过90%的海洋物种永久消失.此次生物灭绝的过程和原因一直是科学家关注和致力解决的关键科学问题之一.近年来的研究表明当前人类面临的这些极端的气候环境事件在2.52亿年前也都有发生,而且更为严重.本文重点围绕近年来有关二叠纪-三叠纪之交的生物和环境事件研究进展,结合化石和环境指标的地质记录以及生物与环境之间的相互作用关系,总结生物灭绝的过程和形式及相关环境因子的贡献,并探讨残存生物能够躲过这次灾难事件得以延续和发展的内在机制和外界原因. 相似文献
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《地球科学进展》2019,(9)
大气中氧化态活性氮主要包括氮氧化物(NOX=NO+NO2)和硝酸等。NOX的循环过程会影响臭氧和羟基自由基的浓度,进而影响大气氧化能力。NOX的氧化终端产物硝酸是颗粒污染物的重要组成部分,其干湿沉降过程会对生态系统产生影响。氮稳定同位素(δ15N)在大气活性氮循环,示踪区域和全球活性氮排放、传输和沉降等研究方面都展现出了一定的潜力。回顾目前用δ15N研究NOX排放和大气活性氮循环的现状,从NOX的产生机制和收集分析方法等方面讨论NOX源δ15N数据的不确定性及原因,分析NOX和硝酸在大气转化和传输过程中氮同位素的分馏效应和影响等,最后讨论用δ15N示踪NOX排放的可能性和问题。虽然目前用δ15N量化示踪排放源还存在比较大的不确定性,但是δ15N可以有效地示踪大气活性氮循环和转化过程。在此基础上,有望利用大气化学传输模型,结合同位素观测数据和分馏机制,对区域和全球大气活性氮循环过程中的同位素效应进行综合评估,提高用δ15N研究大气氧化态活性氮来源以及循环的准确性和可靠性。 相似文献