在地球形成后的最初20亿年里，大气和海洋中几乎不存在游离氧。随后，大约在24.5亿年前，能够进行光合作用的蓝细菌的祖先开始向整个地球大量释放氧气，由此创造了复杂生命得以演化和繁盛的条件。这一过程被称为“大氧化事件”，是地球史上地表运行方式所经历的最剧烈的变化。
这原本是一个十分清晰的故事，但近年来，故事变得不再那么清楚。矿物分析表明，能够产生氧气的微生物可能早在大氧化事件发生前数亿年就已经进化出来了。如此一来，一个巨大的疑问便产生了：既然生物已经能够产氧，为什么在很长一段时间里，大气仍然缺氧？
而且，大氧化事件看起来并非一次完成。在大约2亿年的时间里，大气氧含量曾多次升高和降低，经历了反复的氧化与去氧化。
如今，一些可能的解释正在浮现。在近期举行的戈尔德施密特（Goldschmidt）地球化学大会上，两项新研究分别提出了两类可能的控制机制：一项认为，大陆架扩张决定氧气能否持续积累；另一项研究提出，雪球地球可能触发了大氧化事件，并使氧气水平随气候反复波动。
消失的数亿年
几十年来，科学家一直根据岩石记录中三种硫同位素比例的显著变化来识别大氧化事件。这种变化反映了大气中的二氧化硫在紫外线作用下发生分解的方式发生了改变。
当氧气含量上升并形成能够阻挡紫外线的臭氧层后，这些由紫外线驱动的化学反应就会减弱。硫同位素信号的变化将大氧化事件的时间大约确定在24.5亿年前，这一年代至今仍得到广泛认可。
然而，去年发表于《自然》的一项研究报道了于28.5亿年前，由能够产生氧气的蓝细菌所形成的碳酸盐沉积物。当时研究人员还利用现代微生物的突变速率，推算光合作用的起源时间，并将其进一步提前到最早约35亿年前。
此外，在过去20年中，科学家追踪到了在大氧化事件之前，就已经零星存在的“氧气气息”。这些氧气存在的线索，被保存在一些必须有氧气参与才能形成的矿物之中。
这些证据共同支持一种可能的图景：在光合微生物出现之后，又过了数亿年，大氧化事件才真正开始。但最大的问题是，这是为什么？
大陆架扩张，让氧气得以积累
在戈尔德施密特大会上，地球化学家Mojtaba Fakhraee提出了一种解释这一时间差的新观点，其核心是大陆架。大陆架是海洋中的浅水区域。如今，尽管大陆架只占海洋总面积的大约9%，却是地球上通过光合作用产生氧气最活跃的区域之一。
当生活在大陆架上的海洋蓝细菌死亡后，其有机碳会迅速被埋藏在沉积物中。如此一来，有机碳便不易重新被氧化，从而避免了再次消耗已产生的氧气。有迹象表明，在大氧化事件前后，随着当时仍十分年轻的大陆开始遭受侵蚀，大陆架的面积也开始扩张。
他们的模型显示，一旦大陆架面积扩大到现代大陆架面积的10%以上，大气氧含量的增长便会开始显著加速。这确实为一种观点提供了更坚实的支撑：构造活动可能推动了这种大规模变化。
雪球地球如何让氧气升降
大陆架模型试图解释氧气为何迟迟无法持续积累，而另一项研究则把目光转向了大氧化事件的启动及其反复波动。
在戈尔德施密特大会上，气候科学家Colin Goldblatt提出，“雪球地球”可能触发了大氧化事件，并使此后的氧气水平随着气候反复升降。
根据地质记录，第一次雪球地球事件发生在大氧化事件之前，其原因可能是大气中的二氧化碳水平下降，而二氧化碳下降又可能源于岩石对二氧化碳的吸收增强，或者火山释放的二氧化碳减少。
无论其最初原因是什么，这场全球性的冰川作用都会在很大程度上阻止海洋继续吸收二氧化碳。于是，二氧化碳便会逐渐在大气中积累，再次使地球升温，并最终融化覆盖全球的冰层。这一融冰过程可能只需要大约1万年，而积累起来的二氧化碳则可能在大气中停留约10万年。
在随后形成的炎热气候中，大量磷会随着大陆侵蚀进入海洋，促使海洋微生物迅速繁盛，并提高氧气的产量。随着氧气增加，臭氧层也会形成，从而抑制由紫外线驱动的化学反应对氧气的分解和消耗。
随后，当下一次雪球地球事件到来，并使海洋微生物的生产活动遭到重创时，大气氧含量便会再次骤降。换言之，氧气水平随着地球气候上下波动，直到地球最终摆脱低纬度冰川作用反复出现的循环。
不只是生命的故事
研究早期地球历史的科学家认为，他们才刚刚开始重新拼凑出一个关于大氧化事件的清晰故事。这个故事中可能还包含大陆架扩张和全球性冰川作用之外的更多因素，以及更多尚未厘清的联系。
但一个逐渐清晰的认识是，大氧化事件并非单纯由产氧生命的出现所推动，而是生命、气候与地球内部演化长期相互作用的结果。
#参考来源：
https://www.science.org/content/article/what-triggered-one-most-dramatic-changes-earth-s-history
https://conf.goldschmidt.info/goldschmidt/2026/meetingapp.cgi/Paper/38177
https://conf.goldschmidt.info/goldschmidt/2026/meetingapp.cgi/Paper/37717
#图片来源：
封面图&首图：armennano / Pixabay
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