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牧师

地球大气中21%的氧气平衡是如何建立的?

大气中21%是氧气．我认为，在产生氧气的过程(例如，化学反应)之间一定存在一种平衡。光合作用)和消耗氧气的生物(例如:有氧呼吸)。

此外，应该有一个自我调节的负反馈，如果系统被驱离平衡，它可以恢复平衡。如果氧气的量增加了，随着时间的推移，它就会减少，如果氧气的量减少了，它就会被补充。

是什么过程导致了这种负面反馈?

回答

大气中的氧含量并不是21%的平衡，只是变化非常缓慢。例如，氧气在过去的80万年中减少了0.7%，这可能是由于侵蚀加剧(暴露出更多可以氧化的岩石)和海洋变冷(可以吸收更多的氧气)。因此，虽然这在地质时间尺度上是一个缓慢的过程，但大气中氧气的含量确实在变化，并不是真正的平衡。氧气在地球早期的大气中并不丰富，它具有化学反应性，因此很难积累。它主要是由生命形式创造的，只有几个原因才能在地质时间内显著积累:-大气中的大部分氢已经逃逸，所以氧气不容易在大气中反应-火山活动的减少(产生硫磺，可以与氧气反应)也允许更多的氧气积累。-一旦有足够的氧气使臭氧层形成，更多的生命形式得以发展，从而能够产生更多的氧气。重要的是要注意，负反馈的想法以前已经假设过了。也就是说，这场野火可能会限制大气中最大的氧气含量。由于在高氧环境中燃烧更容易发生，所以他们的想法是，如果大气中的氧气含量增加了21%以上，那么野火的发生就足以燃烧掉多余的氧气(从而减少树木的氧气产量)。然而，有证据表明，在古生代晚期，大气中的氧气含量高达35%，这并不支持野火是一种负反馈机制的观点。此外，怀尔德曼等人的[这篇论文][1]说:理论模型表明，在过去的550英里/年期间，大气中的氧气浓度达到了35% O2。以前使用纸条的燃烧实验挑战了这一观点，得出的结论是，如果O2显著超过目前21%的水平，古代的野火就会摧毁植物生命。 New thermochemistry and flame-spread experiments using natural fuels contradict these results and indicate that sustained burning of forest fuels at moisture contents common to living plants does not occur between 21% and 35% 02. Therefore, the fires under atmospheres with high oxygen concentrations would not have prevented the persistence of plant communities. Times of high O2 also agree with observations of concurrent fire-resistant plant morphology, large insects, and high concentrations of fossil charcoal. [1]: https://www.fs.fed.us/ne/newtown_square/publications/other_publishers/OCR/ne_2004_wildman001.pdf [2]: http://www.livescience.com/56219-earth-atmospheric-oxygen-levels-declining.html

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