中外科学家借助大数据揭示地球大气氧化过程

中新社武汉10月9日电 (马芙蓉 陈国雄)记者9日从中国地质大学(武汉)获悉，该校联合美国加州大学河滨分校、加拿大地调局等机构科研人员，利用深时地学大数据和机器学习技术，重建了高精度的地球大气氧化历史，据此表明行星内部地质过程可能对地表大气氧化至关重要，并强调地内与地表耦合的多层圈相互作用是地球大气氧化过程的关键。相关成果于近日发表在《自然-通讯》上。

大气氧化过程和机制是宜居星球形成的关键。早期地球大气几乎无氧，经过至少两次主要增氧事件后，才达到现今宜居的大气氧气水平。重建高精度大气氧气含量演化历史，对于理解宜居地球形成与演化(包括生命、气候、资源)具有重大意义。

“近几十年来，先进的观测、模拟及测试分析技术，使地球科学家获得空前丰富多样的数据资料。”论文通讯作者，中国科学院院士、中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室主任成秋明介绍，大数据驱动与人工智能算法为揭示海量数据集隐含的复杂相关性、因果关系以及嵌套在相关关系中的因果机制等问题，提供了新方法。

在此基础上，研究人员基于全球镁铁质火成岩地球化学大数据，发现地幔岩浆成分长期演化与大气氧化模式的耦合性，揭示了地幔岩浆演化带来的营养元素、微量元素及还原性化学物质等在调节早期氧气来源与消耗平衡方面的关键作用。

进一步，研究人员利用机器学习，定量重建了40亿年来大气氧气含量变化的高分辨率模式。重建的大气氧气演化曲线提供了地质历史时期更多的增氧去氧细节，并得到沉积物地球化学指标的佐证。

“长期以来，关于地球大气氧化背后的驱动机制，学界存在地内作用与表生作用之争。”成秋明指出，团队研究发现，大气分阶段氧化与地幔降温、板块构造启动、超级大陆聚合及大火成岩省等极端地质事件存在耦合性，这表明了地内主导作用以及地内与地表耦合的多层圈相互作用的不可或缺。