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氧气是我们赖以生存的物质基础，但是在24亿年前，氧气却带来了一场生命的浩劫，这就是我们今天要说的大氧化事件（GOE）。我们知道，地球中储量最丰富的元素是氧元素，但是地球在刚形成的很长时间内都没有氧气（O2）的存在，氧只是以元素的状态存在于水或岩石中。后来出现了蓝藻细菌，这是一种能在无氧环境下生存，并且具有原始光能合成体系的原核生物，在蓝藻细菌的光合作用下，氧气才开始出现在大气和海洋中，但是含量不足现在氧含量的0.001%。大约在24.5亿年前（元古宙初期），地球上的氧气突然开始大量聚集，这就是大氧化事件。 蓝藻细菌 地球大气含氧量随时间的演化 大氧化事件和条带状铁建造（BIF） 条带状铁建造是形成于前寒武纪(主要是太古代到古元古代)的沉积变质铁矿，主要由薄层状硅质矿石(碧玉、燧石、石英)和铁质矿石(磁铁矿、赤铁矿)交替组成。那么，大规模的条带状铁建造在地球早期是怎么形成的呢？在氧气产生前，整个地球处于还原性环境，大洋玄武岩中的铁元素以亚铁形式存在，后来大量蓝藻细菌在海洋中发育并进行光合作用，光合作用产生的氧气很快与海洋中溶解的还原性铁结合，形成不溶性的铁氧化物沉淀下来，而这种韵律性的条带状构造可能与早期地球海洋中物质循环周期有关。前寒武纪条带状铁建造最早形成于38亿年前，在25亿年前伴随着大氧化事件的发生达到高峰，在18亿年前结束。 西澳大利亚Karijini国家公园的条带状铁建造 美国密歇根州的条带状铁建造样品 大氧化事件的时间之谜 我们一般认为大氧化事件发生在24.5亿年前，但是最早的产氧生物可能早在34亿年前出现。从光合作用开始产生氧气到大气中氧气含量的迅速增加，这之间有长达9亿年的差距，为什么会有这种时间延迟呢？氧含量的快速增加除了依赖光合作用外还需要其他因素助攻。 有研究认为，大氧化事件的发生需要地质构造运动的触发。科学家研究了地球历史上的大气氧含量，他们发现，每次较小的陆块碰撞形成超大陆时，如：Pangea大陆，大气中的氧气含量就会飙升。这或许是构造运动形成了山脉，随着山脉的侵蚀，营养物质释放到海洋中，为光合细菌提供养分，使得光合细菌大量繁殖，最终导致产氧量快速增加。2016年发表在《Nature Geoscience》的一篇文章提出了另一种观点，认为在27亿年前，地球上的大陆为玄武岩，到25亿年前左右，板块构造和俯冲作用开始，地壳成分从富含铁和镁的镁铁质岩石变为富含长石和石英的长英质岩石，并且地壳中由岩浆作用产生的幔源还原剂的含量减少，所以这可能导致了地球表面的氧化效率下降，使得大气中的氧含量上升。 地壳物质随时间演变 另一种假说是镍的减少。在氧气产生的初期，大气中充满了由产甲烷细菌产生的甲烷气体，在紫外线辐射下，刚产生的氧气很容易和甲烷反应生成二氧化碳和水。产甲烷细菌一般生存在多水、缺氧的沼泽和湿地环境中，镍是维持它们生存的重要元素，如果缺少镍，对产甲烷细菌起关键影响的酶就会遭到严重破坏。有研究者对层状铁矿地层里的岩石所含的镍进行研究，发现在大约25亿年前，即“大氧化事件”开始前，镍的含量仅为之前的一半。镍含量的急剧下降抑制了甲烷的生成，所以导致大气中氧含量的快速积累。 大氧化事件对地球的影响 在氧气产生前，地球上主要生活着厌氧原核生物，大氧化事件中产生的大量氧气对于当时生存在缺氧环境下的原核生物来说无疑是“毒气”。此外，氧气和大气中的甲烷反应生成水和二氧化碳，减轻了地球的温室效应，导致地球降温，引发了休伦冰期，冰期从大约24亿年前开始，一直持续了3-4亿年，这可能是最长的雪球地球事件。在双重打击下，大部分厌氧生物逐渐灭绝，而从大氧化事件中幸存下来的生物开始了有氧代谢。生命的代谢进化这一突破极大地增加了生物可利用的自由能，为生物的多样性创造了可能。例如，在大氧化事件之后进化而来的线粒体，它为生物体提供了能量，使其能够在与日益复杂的生态系统的相互作用中过程，进化出新的、更复杂的形态。 除此之外，大氧化事件还引发了矿物多样性的爆炸式增长，氧气是一种化学性质很活跃的气体，有很强的氧化性，它能和许多岩石和矿物发生化学反应，改变它们的组分和结构，形成新的矿物。在大氧化事件之前，所有的元素处在氧气含量极低的环境下，元素之间的组合受到限制，形成的矿物的种类较少；大氧化事件发生后，在近地表环境中，许多元素以一种或多种氧化形式存在于矿物中，矿物变得越来越多样。以铜为例，在大氧化事件之前，地球上最多拥有20多种含铜的矿物，然而现在，世界上有超过600多种不同的铜矿物已经分门别类，包括那些散发华丽蓝色和绿色的蓝铜矿、孔雀石以及绿松石。这就是氧气的影响，在氧气的参与下，许多矿物能与铜、氧以及其他元素紧密结合，形成独特的新矿物。据估计，在地球上目前发现的大约4500种矿物中，有2500多种是大氧化事件直接造成的。 孔雀石[Cu2(OH)2CO3] 绿松石[CuAl6(PO4)4(OH)8·4H2O]
水铀磷镁石[Mg(UO2)2(PO4)2·10H2O]
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