對澳大利亞25億年前的岩石進行的一項新分析發現，火山爆發可能刺激了海洋微生物的數量激增，這位第一批進入大氣的氧氣創造了條件。 這將改變現有的關於地球早期大氣的故事，這些故事假定早期大氣的大多數變化是由地質或化學過程控制的。

雖然關注的是地球的早期歷史，但這項研究對地外生命甚至氣候變化也有影響。 由華盛頓大學、密歇根大學和其他機構領導的這項研究最近發表在《Procedings of the National Academy》上。

這項研究的論文第一作者、華盛頓大學地球和空間科學博士生Jana Meixnerová說道：「在過去幾十年裡開始變得明顯的是，在固體、非生命的地球和生命的進化之間實際上有相當多的聯繫。 但有哪些具體的聯繫促進了我們所知的地球上的生命進化？ ”

在最早的時候，地球的大氣層中沒有氧氣，即使有也很少有呼吸氧氣的生命體。 地球的大氣層在約24億年前變得永久富氧，可能是在光合作用的生命體爆發後將二氧化碳和水轉化為氧氣。

但在2007年，論文合著者、來自亞利桑那州立大學的Ariel Anbar分析了來自西澳大利亞麥克雷山頁岩的岩石。 報告稱，在氧氣成為大氣層中的永久固定物之前，約5千萬到1億年就出現了短期的一縷氧氣。 最近的研究證實了其他更早的短期氧氣高峰，但還沒有解釋它們的上升和下降。

在這項新研究中，密歇根大學的研究人員在論文共同通訊作者Joel Blum的領導下，分析了同樣的古代岩石中由火山噴發排放的汞元素的濃度和中子數。 大規模的火山噴發將汞氣吹入大氣層上部，今天它在那裡迴圈了一兩年，然後降到地球表面。 新分析顯示，在氧氣暫時上升之前的幾百萬年，汞的含量激增。

論文共同作者、華盛頓大學地球和空間科學教授Roger Buick表示：”果然，在氧氣的暫時性高峰下面的岩石中，我們發現了汞的證據，無論是其豐度還是同位素，都可以最合理地解釋為火山爆發進入大氣。 ”

研究人員們認為，在有火山噴發的地方，一定有熔岩和火山灰場。 而那些富含營養的岩石會在風和雨中風化，將磷釋放到河流中，使附近的沿海地區肥沃起來並使產氧的藍藻和其他單細胞生命體繁榮起來。

Meixnerová指出：「還有其他營養物質可以在短時標上調節生物活動，但磷是在長時標上最重要的一種營養物質。 ”

現在，磷在生物材料和農業化肥中是非常豐富的。 但在非常古老的時代，火山岩的風化作用將是這種稀缺資源的主要來源。

“在太古時代大氣層下的風化過程中，新鮮的玄武岩會慢慢溶解並將重要的宏觀營養素磷釋放到河裡，”Meixnerová說道，”這將滋養生活在淺海區的微生物並引發生物生產力的提高，作為副產品，這將創造一個氧氣高峰。 ”

Buick指出，雖然這些火山和熔岩區的確切位置尚不清楚，但在現代印度、加拿大和其他地方存在著約合適年齡的大型熔岩區。

“我們的研究表明，對於這些短暫的氧氣，直接的觸發因素是氧氣生產的增加，而不是岩石或其他非生物過程的氧氣消耗的減少，”Buick說道，”這很重要，因為大氣中氧氣的存在是根本性的–它是大型複雜生命進化的最大驅動力。 ”

最終，研究人員表示，這項研究表明一個星球的地質學可能如何影響其表面的任何生命進化，這種理解有助於在宇宙中尋找生命的過程中確定可居住的系外行星或太陽系外的行星。