在地球的整個(gè)歷史過程中，大氣層中氧氣含量的變化顯著改變了全球氣候。新密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究得出的結(jié)論是：重建過去氣候情況的努力必須包含這個(gè)之前被我們忽略的因素。
目前，地球大氣層中氧氣的含量是21%，但在過去的5.41億年里，這個(gè)含量是在10%到35%之間變動(dòng)的。
根據(jù)密歇根大學(xué)的古氣象學(xué)家克里斯托弗·保爾森的研究，在氧氣含量下降期間，由此而來的大氣密度下降造成了地表水分蒸發(fā)的加劇，這反過來又導(dǎo)致降水的增加和氣溫的升高。
“氧氣含量和氣候之間的聯(lián)系從未被考慮。而這種關(guān)聯(lián)性是地質(zhì)時(shí)段的一個(gè)重要因素，”地球與環(huán)境科學(xué)系教授保爾森說。雖然不像導(dǎo)致溫室效應(yīng)的二氧化碳?xì)怏w濃度對(duì)氣候變化那么重要，但氧氣也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，他說。
“不被認(rèn)為是二氧化碳濃度的變化造成的，氧氣濃度可以幫助解釋古氣候記錄的特征，如果我們想要全面了解過去的氣候情況，那么氧氣含量是必須要考慮的因素，”保爾森說。“但是，氧氣含量的變化在當(dāng)今氣候變化中并不是一個(gè)重要的影響因子。”
在整個(gè)地球的歷史上，氧氣含量不斷上升和下降。除去氧分子就會(huì)使大氣層變得稀薄，增加了陽(yáng)光直射地表的可能。
更多的光照意味著地表水分蒸發(fā)的加劇，這導(dǎo)致了更高的濕度和更多的降水。當(dāng)濕度水平上升時(shí)，溫度也增加，因?yàn)樗魵馐且环N強(qiáng)效的熱傳遞“溫室”氣體。
增加氧分子具有相反的效果：較厚的大氣層，分散的陽(yáng)光輻射，降低的地表蒸發(fā)量，較少的水蒸氣熱傳遞。
在他們發(fā)表在《科學(xué)》雜志的論文中，保爾森和他的兩個(gè)同事量化了氧氣濃度的變化對(duì)氣候的影響，利用一個(gè)大氣的全球氣候模型來解釋大氣密度，質(zhì)量和分子量的變化。
研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算機(jī)模擬重點(diǎn)關(guān)注白堊紀(jì)中期，這個(gè)時(shí)期的特征是大氣中二氧化碳含量較高，也是過去1億年來最熱的時(shí)期。具體來說，他們關(guān)注的是1.005億年到9390萬年之間的塞諾曼期。
他們根據(jù)氧氣水平的變化進(jìn)行了一系列的模擬研究，從氧氣含量較低的5%到最高的35%。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)氧氣水平下降導(dǎo)致全球降水量和溫度的大幅度提高。
研究人員總結(jié)道，氧氣濃度的變化有助于解釋古氣候記錄的特征，不被認(rèn)為是二氧化碳濃度的變化造成的，如溫暖的極地氣候以及一些歷史時(shí)期出人意料的高降水率。
雖然之前沒有考慮氧氣含量對(duì)氣候的影響，大氣中氧氣含量的變化一直被公認(rèn)為塑造了地球上生命的進(jìn)程。例如，幾十億年前，海洋中光合作用的藍(lán)藻釋放出大量的氧氣，最終使得動(dòng)物在這個(gè)陸地上的生存成為可能。