同位素约束下闪电作为地球早期生物圈固定氮源的作用
地球物理
2023-05-24 v1 地球与行星天体物理
天体物理仪器与方法
高能物理 - 实验
摘要
生物可利用氮被认为是生命起源与维持的必需条件。在生物固氮出现之前，将大气N2非生物固定的途径必定占据主导，以为地球最早生态系统提供生物可利用氮。已证实闪电可在以N2和O2为主的现代大气及类似于太古宙地球、以N2和CO2为主的大气中生成亚硝酸根与硝酸根形式的固定氮。然而，要评估该过程在早地球的作用，需更深入理解闪电生成固定氮的同位素指纹。本文给出N2-CO2与N2-O2混合气体中火花放电实验结果。实验表明，相较于现代，闪电驱动固氮在太古宙大气中效率可能相近。对放电生成并溶于溶液的亚硝酸根与硝酸根的同位素比值{\delta}15N测量显示，与气相平衡后其值极低，为-6至-15 permil，计算端元组成为-17 permil。这些结果远低于沉积岩记录中多数{\delta}15N值，支持生物固氮早于3.2 Ga发育。但部分古太古宙记录（3.7 Ga）可能与闪电来源氮输入一致，凸显该过程对最早生态系统的潜在作用。
引用
@article{arxiv.2305.13345,
title = {Isotopic constraints on lightning as a source of fixed nitrogen in Earth's early biosphere},
author = {Patrick Barth and Eva E. Stüeken and Christiane Helling and Lukas Rossmanith and Yuqian Peng and Wendell Walters and Mark Claire},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.13345},
year = {2023}
}
备注
Accepted manuscript. Version of record published in Nature Geoscience. 29 pages (main text, methods, supplementary material), 5 figures + 4 supplementary figures