中外科學家借助大數據揭示地球大氣氧化過程

中新社武漢10月9日電 (馬芙蓉 陳國雄)記者9日從中國地質大學(武漢)獲悉，該校聯合美國加州大學河濱分校、加拿大地調局等機構科研人員，利用深時地學大數據和機器學習技術，重建了高精度的地球大氣氧化歷史，據此表明行星內部地質過程可能對地表大氣氧化至關重要，并強調地內與地表耦合的多層圈相互作用是地球大氣氧化過程的關鍵。相關成果于近日發表在《自然-通訊》上。

大氣氧化過程和機制是宜居星球形成的關鍵。早期地球大氣幾乎無氧，經過至少兩次主要增氧事件后，才達到現今宜居的大氣氧氣水平。重建高精度大氣氧氣含量演化歷史，對于理解宜居地球形成與演化(包括生命、氣候、資源)具有重大意義。

“近幾十年來，先進的觀測、模擬及測試分析技術，使地球科學家獲得空前豐富多樣的數據資料。”論文通訊作者，中國科學院院士、中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室主任成秋明介紹，大數據驅動與人工智能算法為揭示海量數據集隱含的復雜相關性、因果關系以及嵌套在相關關系中的因果機制等問題，提供了新方法。

在此基礎上，研究人員基于全球鎂鐵質火成巖地球化學大數據，發現地幔巖漿成分長期演化與大氣氧化模式的耦合性，揭示了地幔巖漿演化帶來的營養元素、微量元素及還原性化學物質等在調節早期氧氣來源與消耗平衡方面的關鍵作用。

進一步，研究人員利用機器學習，定量重建了40億年來大氣氧氣含量變化的高分辨率模式。重建的大氣氧氣演化曲線提供了地質歷史時期更多的增氧去氧細節，并得到沉積物地球化學指標的佐證。

“長期以來，關于地球大氣氧化背后的驅動機制，學界存在地內作用與表生作用之爭。”成秋明指出，團隊研究發現，大氣分階段氧化與地幔降溫、板塊構造啟動、超級大陸聚合及大火成巖省等極端地質事件存在耦合性，這表明了地內主導作用以及地內與地表耦合的多層圈相互作用的不可或缺。