世界快訊:中外科學(xué)家借助大數(shù)據(jù)揭示地球大氣氧化過程

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中新社武漢10月9日電 (馬芙蓉 陳國(guó)雄)記者9日從中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)獲悉，該校聯(lián)合美國(guó)加州大學(xué)河濱分校、加拿大地調(diào)局等機(jī)構(gòu)科研人員，利用深時(shí)地學(xué)大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，重建了高精度的地球大氣氧化歷史，據(jù)此表明行星內(nèi)部地質(zhì)過程可能對(duì)地表大氣氧化至關(guān)重要，并強(qiáng)調(diào)地內(nèi)與地表耦合的多層圈相互作用是地球大氣氧化過程的關(guān)鍵。相關(guān)成果于近日發(fā)表在《自然-通訊》上。

大氣氧化過程和機(jī)制是宜居星球形成的關(guān)鍵。早期地球大氣幾乎無氧，經(jīng)過至少兩次主要增氧事件后，才達(dá)到現(xiàn)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(duì)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(jìn)的觀測(cè)、模擬及測(cè)試分析技術(shù)，使地球科學(xué)家獲得空前豐富多樣的數(shù)據(jù)資料。”論文通訊作者，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任成秋明介紹，大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與人工智能算法為揭示海量數(shù)據(jù)集隱含的復(fù)雜相關(guān)性、因果關(guān)系以及嵌套在相關(guān)關(guān)系中的因果機(jī)制等問題，提供了新方法。

在此基礎(chǔ)上，研究人員基于全球鎂鐵質(zhì)火成巖地球化學(xué)大數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)地幔巖漿成分長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)元素、微量元素及還原性化學(xué)物質(zhì)等在調(diào)節(jié)早期氧氣來源與消耗平衡方面的關(guān)鍵作用。

進(jìn)一步，研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)，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(zhì)歷史時(shí)期更多的增氧去氧細(xì)節(jié)，并得到沉積物地球化學(xué)指標(biāo)的佐證。

“長(zhǎng)期以來，關(guān)于地球大氣氧化背后的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，學(xué)界存在地內(nèi)作用與表生作用之爭(zhēng)。”成秋明指出，團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，大氣分階段氧化與地幔降溫、板塊構(gòu)造啟動(dòng)、超級(jí)大陸聚合及大火成巖省等極端地質(zhì)事件存在耦合性，這表明了地內(nèi)主導(dǎo)作用以及地內(nèi)與地表耦合的多層圈相互作用的不可或缺。

成秋明表示，上述發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了行星內(nèi)部地質(zhì)過程對(duì)地表和大氣環(huán)境的影響至關(guān)重要，“這啟發(fā)我們?cè)趯ふ移渌惖匾司有乔驎r(shí)，應(yīng)更好地理解行星內(nèi)部作用。”