我們?cè)诘厍蛏?，離不開(kāi)空氣中的氧氣。其實(shí)在地球45億年漫長(zhǎng)的歷史中，前一半的地質(zhì)紀(jì)錄顯示空氣中是沒(méi)有氧的。24億年前的一次“大氧化事件”之后，空氣中的氧含量才突然提升到今日的水平，才有生物的存在、繁榮和演進(jìn)。但長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家認(rèn)為地球有個(gè)鐵核，表示內(nèi)部極度缺氧。大氧化事件不可能從內(nèi)部取得來(lái)源。氧是如何產(chǎn)生的？一直是科學(xué)界未解的難題。

　　北京高壓科學(xué)研究中心（簡(jiǎn)稱高科）毛河光領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)在地球1800公里之下的深處極端高溫高壓環(huán)境下，能造成含氧極高的過(guò)氧化鐵FeO2。地面上司空見(jiàn)慣的沼鐵礦FeOOH（也就是鐵銹），到了深部就會(huì)變成過(guò)氧化鐵，并產(chǎn)生氫。過(guò)氧化鐵富集在地幔和地核的邊界，能解釋核幔邊界觀察到的一些地震波異?，F(xiàn)象。其含氧的突然釋放，也可能造成大氧化事件。這一研究成果以FeO2 and FeOOH under deep lower-mantle conditions and Earth’s oxygen–hydrogen cycles 為題發(fā)表在6月9日最新一期《自然》雜志（Nature 534, 241）。

　　研究組利用上海同步輻射光源BL15U1線站和美國(guó)APS光源的線站，觀察到赤鐵礦與氧反應(yīng)形成穩(wěn)定的二價(jià)鐵氧化物過(guò)氧化鐵FeO2，在92GPa，2050K下，沼鐵礦FeOOH分解產(chǎn)生FeO2并釋放氫氣。當(dāng)沼鐵礦隨板塊運(yùn)動(dòng)俯沖進(jìn)入1800公里的深下地幔，將形成高密度過(guò)氧化鐵沉到核幔邊界，并釋放氫，向上遷移。板塊運(yùn)動(dòng)不斷地提供沼鐵礦，使得下地幔形成巨大的氧庫(kù)同時(shí)維持氫循環(huán)。在核幔邊界D”層探測(cè)到的地震異常信號(hào)，可能與大量的FeO2層有關(guān)；而在板塊運(yùn)動(dòng)或噴發(fā)中FeO2礦物分解將釋放氧氣。

　　毛河光指出：這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明地?？赡苡懈S富的氧庫(kù)存，而沼鐵礦的分解又將氫循環(huán)聯(lián)系起來(lái)，地球內(nèi)部水循環(huán)提供了氧循環(huán)的路徑；24億年前氧含量的急劇提高這一地質(zhì)事件的原因可能是FeO2層氧庫(kù)向大氣中釋放形成；需開(kāi)展關(guān)于過(guò)氧化鐵物理、化學(xué)、礦物學(xué)性質(zhì)的研究，進(jìn)一步驗(yàn)證以上推斷。

下地幔H-O-Fe循環(huán)示意圖