大氣中的氧氣是從哪里來的？

地球的大氣層是由大約78%的氮氣，21%的氧氣和其它微量氣體組成。氧氣對所有動物生命和其他一些有機體都是必需的。由于這種氣體被吸氧生命使用，并且有與許多巖石和礦物質反應的傾向，因此必須不斷補充。大氣中約有98%的氧氣來自光合作用（植物從二氧化碳和水產生糖的過程），其余部分是紫外線輻射分解水的結果。

光合作用

植物和一些細菌利用光合作用生產糖和其它能量豐富物質形式的食物。水和二氧化碳被有機體接納，而陽光提驅動該過程的能量。氧氣恰好是非常有用的副產品。就科學家已掌握的信息看，地球上的氧氣水平保持相對穩定已經有幾億年的歷史。這意味著光合作用產生的氧氣通過其它消耗過程保持平衡，如吸氧或需氧，生命形式和化學反應等。

通過光合作用的大氣氧氣來源是浮游植物，如海洋中的藍藻，陸地上的樹木和其它綠色植物等。每種來源的具體貢獻量一直存在爭議：有些科學家認為一半以上來自海洋，但也有一些人認為這個數量不到三分之一。目前能肯定的一點是數量會隨著地質時間波動，并取決于地球的生命平衡。例如，在大氣剛開始形成時，藍藻貢獻了大多數氧氣。

氧含量的上升

據說在最初，藍藻細菌產生的氧氣被用于和土壤，巖石和海洋中的鐵發生反應，形成鐵氧化合物和礦物質。地質學家能通過觀察巖石中的鐵化合物類型估計古代大氣中的氧氣含量。在缺氧時，鐵傾向于和硫磺混合，形成硫化鐵礦等硫化物。然而，在它存在時，這些化合物分解，并且鐵與氫氣混合形成氧化物。其結果是，古代巖石中的硫化鐵礦說明氧氣水平低，而氧化物則說明存在大量這種氣體。

一旦大多數鐵與氧氣混合，這種氣體能積聚在大氣中。據說在23億年之前，大氣中的氧氣水平已經從微量上升到1%。這種平衡看起來保持了很長時間，因為其它使用氧氣的有機體通過碳氧化，產生二氧化碳(CO2)提供能量。他們通過吃富含碳的有機植物材料做到這一點。這產生一種平衡，通過光合作用產生的氧氣與吸氧有機物的消耗量匹配。

由于這種平衡，光合作用可能不是氧氣最初上升的唯一原因。一種解釋是一些死亡有機體埋在泥里或其它沉積物中，并且沒有可用的有氧生物。這種物質不能與大氣中的氧氣混合，因此并非所有產生的元素都能以這種方式使用，讓氧氣水平上升。

在地球歷史中的近期某些階段，氧氣含量戲劇性提高到現在這個水平。一些科學家認為這可能發生在6億年前。在當時，許多相對較大，復雜，多細胞有機體需要更多氧氣。盡管不清楚導致這種變化的原因，但有趣的是，它發生在地球看起來要被淹沒的大冰川時代，當時大多數星球都被冰覆蓋。

一種理論認為冰川的作用是在前進和后退時，碾碎含磷豐富的巖石并將大量磷釋放進海洋。磷是浮游植物必需的營養素，因此導致這種生命的數量爆炸式增長。這反過來增加氧氣的產量，而當時使用它的陸地生命很少。不過，不是所有科學家都贊同該理論，并且這也是至今未解決的課題。

大氣含氧量的威脅

一項研究發現氧氣水平在1990-2008年之間下降了大約0.0317%。這主要是燃燒石化燃料造成的，因為燃燒過程大量使用氧氣。然而，根據這一時期的石化燃料實際燃燒量計算，這種下降遠低于預期。一個可能原因是二氧化碳水平上升，再加上化肥使用，促進了植物更快生長和更多的光合作用，這部分抵消了消耗的氧氣。據估計，即使地球所有的石化燃料都被燃燒，對總體氧氣水平的影響也很有限。

采伐森林是另一個令人擔心的事情。盡管雨林大面積摧毀對環境還有其它嚴重影響，但不太可能明顯降低氧氣水平。除了樹木和其它綠色植物以外，雨林支持一系列吸氧生命。這種森林看起來對大氣氧氣總體水平貢獻不大，因為它們消耗了幾乎所有產生的氧氣。

一個更嚴重威脅可能是人類活動對浮游植物的影響，因為許多資料來源都認為浮游植物對地球氧氣水平貢獻最大。有人擔心燃燒石化燃料會增加大氣中的二氧化碳，并使海洋變得更溫暖更酸，這會減少浮游植物數量。最近的調查結果顯示，各種浮游植物都不同程度的受到影響，只不過有些數量增加，有些減少而已。