海洋碘循环影响臭氧层稳定？阻碍了复杂生命登陆？
地球臭氧层能吸收太阳紫外线。传统理论认为，臭氧层在约24亿年前大氧化事件后随氧气增加而迅速形成，为后来复杂生命铺平道路。然而，这一观点存在矛盾，为什么陆地植物和动物直到约5亿年前显生宙早期才出现？最近，一项新的研究提出了新的解释，海洋碘循环导致臭氧层在大氧化事件后约20亿年内几不稳定，地表紫外线辐射远超预期，从而阻碍了复杂生命登陆。
海洋碘循环影响臭氧层稳定
地球臭氧层能吸收紫外线，尤其是致命的UV-B和UV-C，UV-B和UV-C可直接损伤DNA、蛋白质和细胞，即使短暂暴露，也可能导致突变率激增。在南极，臭氧空洞减少50%时，浮游植物生产力下降9%。
而在现代大气中，碘化学贡献了约15%的对流层臭氧损耗，其核心机制是海洋释放碘气体后，又被光解产生活性碘原子，活性碘原子又与臭氧反应，形成连锁破坏循环，每个碘原子可摧毁数千个臭氧分子，类似南极臭氧空洞中氯的催化作用。具体过程如下：
表面海水中的碘离子（I⁻）与臭氧（O₃）反应，生成气态碘分子（I₂），这一反应是不可逆的，在低氧条件下效率更高。
2I−(aq)+O₃+2H+→I₂(g)+H2O+O2
生成的I₂被阳光分解为碘原子I，I与臭氧（O₃）反应，形成连锁破坏循环：
I₂+hν→I+I.
I+O3→IO+O2
IO+hν→I+O
现代海洋环境中碘浓度约500nM，其中80%以氧化态碘酸盐（IO₃⁻）形式存在，但在低氧环境中，碘几乎全部以还原态碘化物（I⁻）形式存在。先前的研究表明，元古代海洋中I⁻浓度远高于现代。
那么，是否是由于海洋碘循环驱动，影响臭氧层稳定呢？研究团队构建了碘质量平衡模型和光化学模型，模拟不同海洋碘浓度下的臭氧层状态。碘质量平衡模型显示，元古代海洋碘浓度可能是现代的40-400倍，主因是低氧环境下有机碳埋藏效率低。随着海洋氧含量上升，碘通过生物活动被大量移出海洋，浓度骤降。
光化学模型结果显示，当海洋碘化物浓度达现代15倍时，臭氧层厚度锐减，地表UV-B通量增加5倍。若碘浓度达现代40倍，臭氧层厚度可能仅为现代0.2%，地表UV-C辐射接近无臭氧状态。而这些高通量UV-B和UV-C辐射是陆地复杂生命延迟登陆的关键因素。
而在约5亿年前的显生宙期间，海洋碘减少和氧气上升共同促进了臭氧层稳定。生物活动增强加速碘埋藏，降低海水I⁻浓度，此外，氧含量升高，臭氧生成速率超过碘破坏速率。
图：陆地复杂生命的晚期出现🔽
绿色条形代表蓝藻的进化时间线。对于陆地植物和动物而言，它们的直接祖先首先出现在海洋中，然后迁移到陆地。蓝色条形标志着真核生物的出现和分化，它们很可能是第一批海洋动植物的祖先。陆地动物的首次出现（棕色条形）与维管植物在陆地上的首次出现大致同步，即显生宙早期。
❓思考题：地球臭氧层在约5亿年前的显生宙才真正稳定，主要是因为什么？
A.太阳紫外线突然减弱了
B.海洋里的碘浓度下降了
C.火山喷发减少了
D.陆地植物大量吸收臭氧
参考答案：（点击查看）
B.
解析： 研究表明，早期海洋富含碘化物（I⁻），会破坏臭氧层。直到显生宙，海洋碘浓度因生物活动下降，臭氧层才稳定。
这项研究揭示地球宜居性并非一成不变，而是化学循环与生命活动动态平衡的结果，碘循环的发现，不仅解释了陆地生命登陆的延迟，也为系外行星生命探测提供了新思路。
参考文献：Evolution of the iodine cycle and the late stabilization of the Earth’s ozone layer. January 6, 2025，122 (2) e2412898121，doi.org/10.1073/pnas.2412898121