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第三章 光合作用太阳的召唤（第3页）

光合作用和呼吸作用不只反应过程相反，从全球平衡的角度来看也是如此。

如果没有动物、真菌和细菌用呼吸作用燃烧植物的话，那空气中的二氧化碳应该在很久以前就被光合作用消耗殆尽，转换成生物质了。

这样的话所有的活动都会戛然而止，只剩下缓慢的降解或者火山活动会释放出少许的二氧化碳。

然而真实世界并非如此。

实际情况是，呼吸作用会烧光植物存起来的有机分子，从地质学的时间尺度来看，植物仿佛在一瞬间灰飞烟灭。

这会造成一个极为严重的后果，那就是所有光合作用释放出来的氧气都会被呼吸作用消耗光。

这是一个长期进行且持续不断的角逐，同时也是为行星带来灭亡的死亡之吻。

如果一颗行星想要保住含氧大气层，如果这颗行星不想步上火星的红土后尘，唯一的办法就是封存住一部分植物物质。

植物带着有机物被埋葬，与之配对的氧气虽然在外面，但动物却无法找到有机物给氧气燃烧，所以氧气多余出来。

一部分的植物物质必须被埋葬。

这就是地球的做法，把一部分的植物物质埋在岩石里变成煤炭、石油、天然气、煤灰、木炭或灰尘，藏在地底深处。

根据最近才从耶鲁大学退休的地质化学先驱罗伯特·伯纳的看法，深埋在地壳中的“死的”

有机碳，大概是地壳上生物圈中有机碳的2.6万倍。

由于地下的一个碳原子对应空气中一个氧分子，所以我们每挖出一个碳原子当成燃料烧掉，就等于从空气中消耗掉一个氧分子，把它转换成一个二氧化碳。

这对全球气候造成的影响难以预估。

幸好我们永远也不会耗光地球上所有的氧气（就算消耗到为全球气候带来巨大浩劫的程度也不会用光），因为绝大部分的有机碳，都保存在页岩里，被埋在岩石中，远非人类工业技术（或至少考虑经济效益）可及之地。

到目前为止，尽管我们可以相当自大地烧光一切能找到的化石燃料，也只不过降低大气含氧量的百万分之二三，或者约0.001%而已。

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不过这些被埋藏在地下的巨大有机碳，并不是连续形成的，它自亘古以来间歇地形成。

而目前的氧气总额看起来接近平衡，呼吸作用刚好可以抵消光合作用（消耗掉的也与新埋藏的相抵消），所以整体来讲几乎没有净输入，因此自数千万年以来，大气中氧浓度一直维持在21%左右。

不过在地质时间上的很久以前，有时的氧气浓度和现在非常不同。

其中最有名的例子，大概就是约3亿年前的石炭纪了，那是个巨大如海鸥般的蜻蜓拍翅飞过天空，而长达1米的蜈蚣爬过树丛底下的时代。

这些巨型生物的存在，要归功于石炭纪不寻常的碳埋藏速率，石炭纪的命名正是源自大批量的煤矿蕴藏。

因为大量的碳元素被埋入煤炭沼泽，大气中的氧浓度曾一度上升到30%，这让许多生物有机会长到远超正常大小的尺寸。

准确地说受到影响的都是依赖气体被动扩散来进行呼吸作用的动物（它们用皮肤或深入体内的气管来交换气体，比如蜻蜓），而不是那些用肺来主动呼吸的动物。

[2]

是什么原因造成了石炭纪这种前所未有的碳埋藏速度呢？目前已知的很多事件都起作用，比如大陆的合并、潮湿的气候、广阔的平原等，而其中最重要的或许是木质素的出现，使得巨大的树木与结实的植物四处林立。

要知道即使是现在，木质素都难以被细菌或真菌分解，所以从进化的角度来看，它出现时定是一个难以被超越的巅峰。

因为无法被分解，释放出能量，大量的碳就随着木质素被埋到地下，而本来该与之配对的氧气则飘**在大气里。

此外还有两次地质事件也有机会让大气中的氧气浓度增加。

这两次事件很可能都是全球大冰期（又称雪球地球）的后遗症。

第一次氧气浓度增加发生在距今约22亿年以前，都在当时的地质变动与全球大冰期之后不久出现。

而在距今约8亿~6亿年的第二次大冰期之后也有一次氧气浓度增加。

这种全球性的灾难，很可能极大地改变了光合作用与呼吸作用之间的平衡，也改变了碳埋藏与消耗的平衡。

当大冰川融解的时候，伴随着大量降雨，原本在岩石中的矿物质与营养物质（铁、硝酸盐与磷酸盐），都会被冰和雨水冲刷注入海洋，从而促使进行光合作用的藻类与细菌大量繁殖，有点像今天由化肥造成的水华，不过是全球性的。

然而这样的溢流不只会造成生物爆发，也会埋葬大量生命。

被冲刷入海的灰尘、脏冰屑与砂砾混着大量的细菌沉淀到海底，让碳元素的埋藏量达到前所未有的程度，因此大气中的氧含量就增加了。