古代巨型喷发可能播下了生命所需的氮

火山喷发会产生大量闪电。这些撞击会分裂空气中的氮分子，使氮原子与其他元素发生反应，从而生成生物体可以使用的化合物。

数百万年前，在现在的土耳其和秘鲁，巨大的火山喷发分别在周围的土地上沉积了数百万吨的硝酸盐。4月24日，研究人员在维也纳举行的欧洲地球科学联盟会议上报告说，这种营养物质可能来自火山闪电。

巴黎索邦大学的火山学家ErwanMartin说，这一发现为这样一种观点提供了证据，即在地球历史的早期，火山可能提供了一些使生命得以出现的物质。

氮是生物分子(例如蛋白质和DNA)的基本成分。它约占大气的78%。但是空气中的氮分子由两个紧密结合的氮原子组成。只有当这些原子分离时，它们才会与其他元素发生反应并产生对生命有用的氮形式，例如硝酸盐(SN:4/8/08)。

一些微生物可以分解氮分子并为植物和真菌提供“固定氮”。人类化学家也可以做到，创造肥料。但在生命开始之前，一定有一些非生物过程在起作用。

闪电是明显的候选者，马丁说。这些极具能量的放电可以撕裂氮原子，氮原子将与氧气结合形成氮氧化物，最终形成硝酸盐。

雷暴中的闪电是由冰粒碰撞和充电引起的，每天都会分离氮分子，但速度很慢，而且分布范围很大。尘埃颗粒在其中碰撞和充电的火山羽流可以以惊人的强度提供局部闪电。例如，在2022年印度尼西亚HungaTonga-HungaHa'apai火山喷发的一天中，大约有400,000次喷发(SN：12/13/22)。

即使是那么大量的闪电也会产生相对少量的硝酸盐。但这种罕见的大喷发，即每10万年左右才发生一次的那种，可能会产生更多。马丁说，此类事件可能产生并沉积大量硝酸盐的想法并不新鲜，但直到现在还没有人真正研究过这些喷发的火山沉积物中的氮含量。

他的团队对土耳其和秘鲁的露头取样，这些露头与2000万至100万年前发生的10次爆炸性喷发有关。他们所在地相对干燥的气候有助于确保很久以前形成的任何可溶于水的硝酸盐现在不会全部浸出。

研究人员发现的硝酸盐含有不同质量的氧原子，其比例类似于构成空气中每个臭氧分子的三个氧原子的比例。该团队表示，这表明硝酸盐是在大气中形成的，而不是通过地面上的某些过程形成的。

生命可能始于大约37亿年前，远早于Martin及其同事研究的火山喷发(SN:3/1/17)。但是地球的早年充满了这种极端的火山活动。一些研究人员认为，在大陆完全形成之前，火山岛上空的闪电尤其对生命的出现起到了一定的作用。马丁说，在年轻的地球上，这些早已被淹没的岛屿可能会产生与新研究中估计的数量相似的硝酸盐。

加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯海洋学研究所的海洋化学家杰弗里巴达说，这项研究的概念很有趣。但他认为研究人员应该在生命首次出现时解决大气中的不同成分。

“在当今世界，火山岛上的闪电会产生大量的氮氧化物，”巴达说。“但在地球早期，当大气中的氧气很少时，产物可能是氨。”与硝酸盐一样，氨是一种生物可用的氮。

但是，马丁说，在火山羽流中，有大量的水和其他来自岩浆的含氧化合物，它们可能提供了一些氧气。在那些早期，他说，“也许它不是硝酸盐而是氨——它仍然是生命可用的氮。这些仍然是需要研究的东西。”