「酸素」を編集中 (節単位)

=== 地球大気成分中の酸素形成 ===
[[ファイル:Oxygenation-atm.svg|thumb|300px|地球大気における酸素含有量の変遷。<span style="color:darkred">赤線</span>は推定の上限値、<span style="color:green">緑線</span>は下限値を示す。1. 酸素が作られない期間 2. 酸素生成が始まるが海水や海底岩石に吸収される 3. 海洋から酸素ガスが放出されるが地表への吸収やオゾン層形成のため消費される期間 4, 5. 酸素吸収が飽和し大気中に溜まる]]
[[ファイル:OxygenLevel-1000ma.svg|thumb|300px|過去10億年の大気中の酸素濃度の変化]]
地球誕生初期の原始大気に含まれていた硫酸や塩酸は、原始海洋中で地殻中の金属イオンで中和され、原始大気は高温高圧の二酸化炭素や水蒸気、窒素が主成分だったと考えられる。これは海洋に溶けこんだ硫酸を除いて現在の[[金星]]の大気と似ていたとする説がある。この原始大気中には分圧で示されるほどの酸素は存在せず、熱や光で分解して発生するわずかな遊離酸素は一酸化炭素や地殻に露出した還元金属の酸化で消費され、分圧の高い二酸化炭素が海洋中に溶存していた。これを材料に30億年前ごろに[[光合成]]を獲得した[[シアノバクテリア]]が現れて酸素が作られ始めた<ref name="Chikyu" />とされているが、近年{{いつ|date=2025年5月}}の遺伝子解析の結果から、進化の過程で光合成機能を失う細菌もいたことをうかがわせる結果が出ており、初期の光合成による大気への酸素供給は必ずしも安定にはできていなかった可能性が指摘されている。シアノバクテリアが大規模に存在して安定した酸素供給ができていた確実な証拠となる[[ストロマトライト]]の最古の化石は、現在までに約27億年前のものが見つかっている。こうした安定した光合成は、同時期に大規模な[[大陸]]変動によって生じた浅瀬のような環境で可能になったと考えられている<ref name="mito19-21" />。

大気中の酸素分圧は24億5000年前ごろから高くなっていったと推定されており、このことは、海水中の2価の溶解鉄と化合して生じた酸化鉄を起源とする[[縞状鉄鉱床]]の形成時期と一致している。こうして{{ill2|大酸化イベント|en|Great Oxidation Event}}（{{仮リンク|酸素の大量発生|en|oxygen catastrophe}}、酸素大発生）が起こった期間、ほかの元素と結合していない多くの遊離酸素が海中や大気中に溢れることとなり、また海洋中の二酸化炭素の消費に伴って大気中の二酸化炭素も減少した。これが、[[嫌気性生物]]を酸化して死滅させ、[[全球凍結]]に至るほどまで気温が急激に下がったために、シアノバクテリアを含む全生物相の深刻な[[大量絶滅]]も引き起こされたと考えられている（[[ヒューロニアン氷期]]）。氷期からの回復までに海洋中の酸素濃度は一時的に下がったとされる。しかし、生き延びた[[単細胞生物]]の中で、酸素を用いる効率的な[[細胞呼吸]]と、酸素により自らを酸化させない[[抗酸化物質]]を獲得した[[好気性生物]]はより多くのATPを作り出せるようになり、その後の地球に新たな[[生物圏]]を形成した<ref name="Freeman">{{cite book|last = Freeman| first = Scott|title = Biological Science, 2nd|publisher = Prentice Hall |year=2005|location = Upper Saddle River|pages = 214, 586|isbn = 0-13-140941-7}}</ref>。この光合成と酸素呼吸は[[真核生物]]、さらに[[多細胞生物]]への進化をもたらし、これが植物や動物などの[[生物多様性]]を生むに至る第一歩となった。

酸素の消費源であった海洋中の溶存鉄が尽きると次第に酸素ガスが海洋から大気に溢れ始め、約17億年前には大気中の酸素含有比率は{{Val|10|u=%}}に達した<ref name="Campbell">{{cite book|last = Campbell|first = Neil A.|coauthors = Reece, Jane B.|title = Biology|edition=7th|publisher = Pearson - Benjamin Cummings |year=2005|location = San Francisco|pages = 522-523|isbn = 0-8053-7171-0}}</ref>。酸素の比率が逆転したのは7&ndash;8億年前と考えられる<ref name="Chikyu" />。

5億4000万年前の[[カンブリア紀]]が始まったころからは、大気中の酸素比率は{{Val|15|-|30|u=%}}の間で推移した<ref name="Chikyu"/>。それは[[石炭紀]]の終わりにあたる3億年前ごろには最大{{Val|35|u=%}}まで達し<ref name="Chikyu"/>、昆虫や両生類の大型化に作用した可能性がある<ref name="Chikyu"/>。石炭紀には木材の[[リグニン]]を分解できる[[菌類]]が十分に進化しておらず、森林の繁栄により大量の炭素が[[石炭]]として固定化され、[[ペルム紀]]初期の[[地球の大気|大気]]中の酸素濃度は35&nbsp;%に達したといわれる。また、植物が繁栄したことで大量の[[二酸化炭素]]が吸収され、その多くが大気中に還元されずに石炭化していったため、またしても大気中の二酸化炭素濃度が激減した。これがその後の寒冷化と氷河の発達、ひいては[[氷河時代]]の一因とされる。その後、寒冷化による植物の炭素固定能の減退、およびリグニンの分解能を獲得した菌類が増えたことなどから、[[ジュラ紀]]後期の2億年前には酸素濃度は{{Val|12|u=%}}まで低下した。ジュラ紀後期から[[白亜紀]]を通じて酸素濃度は次第に増加した<ref name="ha">長谷川政美、「系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史」p102ほか、2014年10月25日、ベレ出版、ISBN 978-4-86064-410-9</ref>。現在の酸素濃度は{{Val|21|u=%}}である。人類は年間70億トンの[[化石燃料]]を使用するにあたり酸素を消費し続けているが、これによる大気中の酸素比率に与える影響は微々たるものである<ref name="NBB303"/>。

一方、太陽の進化により、約10億年後を境に大気中の酸素濃度は急激に低下し、酸素呼吸を行う多細胞生物の生存は困難になるとする予測がある<ref>[https://www.toho-u.ac.jp/press/2020_index/20210302-1122.html 酸素に富む地球環境の持続期間は約10億年] [[東邦大学]]</ref>。