耶魯大學的一項研究揭示，海洋碘濃度的升高破壞了地球臭氧層的穩定，使複雜生命的出現延後了20多億年。 這項發現挑戰了單靠演化造成延遲的觀點，突顯了碘在臭氧消耗中的作用。

如果你喜歡春天的玫瑰花香、夏天的鳥鳴聲和秋天的落葉色彩，那麼你應該要感謝臭氧層的穩定。 臭氧層位於平流層，保護地球免受有害紫外線輻射，在維持地球生物多樣性方面發揮至關重要的作用。現在，我們也許能更好地理解為什麼臭氧層需要如此長的時間- 20多億年才得以形成。

一項新的由耶魯大學領導的研究表明，地球早期的大氣層中碘和氧之間發生了一場大決戰–有效地推遲了穩定臭氧層的形成，而穩定臭氧層將保護複雜生命免受太陽紫外線輻射（UVR）的傷害。

《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academies of Science）上的一項研究描述了這個新理論，它可能會解開數百年來困擾科學家的一個謎團。耶魯大學地球與行星科學博士生、新研究的第一作者和通訊作者劉京軍（音譯）說：”地球上複雜生命的起源和多樣化仍然是自然科學中最深奧、最持久的問題之一。”

事實上，科學家一直想知道為什麼陸地植物直到4.5億年前才在地球上出現，儘管它們的祖先藍藻已經存在了27億年。 同樣，在寒武紀（5.41 到4.85 億年前）之前也沒有複雜的陸地動物或植物化石，儘管有更早的微化石證據。

解釋研究的視訊短片。 來源：耶魯大學

“現有的唯一解釋是，這種延遲是進化的固有特徵–需要大量的時間，”地球和行星科學教授、耶魯大學天然碳捕獲中心教員、新研究的資深作者諾亞-普拉納夫斯基（Noah Planavsky）說。 “然而，這種觀念無法解釋複雜生命是如何以及為何起源和多樣化的”。

新的研究表明，除了時間的需要之外，還有其他原因：海洋中碘濃度的升高導致地球臭氧層的穩定性被推遲，阻礙了大氣中紫外線防護罩的形成。

臭氧的產生取決於大氣中的氧氣和背景紫外線輻射。 科學家普遍認為，一旦地球大氣中的氧氣濃度達到相當高的水平，地球就會形成臭氧層，使生物演化不受阻礙地進行。

劉說：”我們透過考慮地球不斷演變的碘循環可能如何影響臭氧的豐度和穩定性，對這一範式提出了挑戰。”

在這項研究中，由耶魯大學領導的研究小組分析了多種獨立的地質證據，並開發了一個海洋-大氣模型來重建早期地球的碘-臭氧動態。 研究人員發現，在地球歷史的大部分時間裡，海洋碘化物（碘與另一種元素結合形成鹽時形成）含量普遍偏高，這將導致在氧氣增加後向大氣中排放大量無機碘–有可能破壞臭氧。

碘破壞臭氧的機制與氟氯化碳（CFC）在南極洲上空造成”臭氧洞”的過程相似。 當CFC 發生光解作用時，它們會釋放出活性氯，從而催化破壞平流層中的臭氧，導致南極洲大陸上空的臭氧在問題最嚴重時消耗了50%。

Planavsky 說：”碘驅動的臭氧破壞催化循環遵循類似的過程，而且在動力學上比涉及活性氯的催化循環要快得多。我們的光化學計算表明，即使海洋無機碘排放量適度增加，也會導致整個大氣層的臭氧消耗量比現代水準增加數十倍甚至數百倍。

劉指出，在全球範圍內，不穩定的低臭氧水平可能從24億年前持續到大約5億年前。在這段時期，即使氧氣產量很高，大氣中的臭氧含量也可能很低，而且很可能不穩定，導致地球表面週期性或持續性的太陽紫外線高通量。

編譯自/ scitechdaily