早期地球作为系外行星生物地球化学的类比

地球从一个完全缺氧、可能具有不同构造体制的行星，演化成了我们今天所知的、具有水平板块构造的氧化世界。在地球历史的大部分时间里，地球一直由纯粹的微生物生物圈居住，尽管随着时间的推移复杂性似乎不断增加。地球历史大部分时期丰富的地球生物演化记录为我们提供了在各种行星条件下远程探测微生物生命的见解。我们利用地球的地球生物记录，旨在：a) 说明关于早期地球作为系外行星科学研究参考点的当前知识状态和关键知识空白；b) 汇编控制大气随时间演化的生物和非生物机制；c) 回顾利用最先进的望远镜技术探测早期地球生物圈的当前约束条件。我们强调，生命可能起源于一个具有不同构造体制和强烈热液活动的行星，在这些条件下，生物成因的CH₄气体可能是最可探测的大气生物特征。产氧光合作用——现代大气中几乎所有O₂气体的来源——似乎与现代板块构造和大陆地壳的确立同时出现，但O₂积累到现代水平仅发生在地球历史晚期，可能与陆地植物的兴起有关。缺氧海洋中的营养限制，由热液Fe通量促进，可能限制了生物生产力和O₂的产生。N₂O是一种替代生物特征，可能在氧化还原分层的元古宙地球上具有重要意义。我们得出结论，地球上大气生物特征的可探测性不仅依赖于生物演化，还受到不断演化的构造背景的强烈控制。