氧元素大家并不陌生，它幾乎可以與元素周期表上所有其他元素形成化合物。地球大氣中約有21%的氧氣，那大氣中的氧氣是從哪里來的呢？

或許這個問題連小學生都知道——光合作用唄，也就是由綠色植物、藻類和某些細菌將陽光、水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖和氧氣的過程。

那你想過沒有，將時間倒退回幾十億年前的地球，那時地球上的氧氣又是從哪里來的呢？最早期的氧氣也是由光合作用產(chǎn)生的嗎？

大氧化事件：地球的呼吸之源

" 在大約45.7億年前，太陽在銀河系中一個不起眼的角落里形成，太陽形成后剩下的物質(zhì)凝聚成了我們太陽系的其余部分，當然包括在大約45.5億年前誕生的地球。

自地球形成后到現(xiàn)在的45.5億年，大約有一半的時間里，這顆星球上幾乎沒有氧氣或氧氣非常稀薄。直到大約24億年前，大氣中氧氣的濃度顯著增加，大氧化事件（Great Oxidation Event，GOE）發(fā)生了。

就在大氧化事件的前2億～3億年，地球大氣中的氧氣極為稀薄。一部分研究認為，藍藻等早期微生物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，同時將氧氣作為副產(chǎn)品釋放到水體中。隨著時間的推移，這些氧氣逐漸積累，并最終進入大氣層。

氧氣進入大氣后，對當時的生物和地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了深遠的影響。對許多原始無氧呼吸的生物來說，氧氣是有毒的，導致了大量生物的滅絕。與此同時，氧氣與大氣和海洋中的化合物反應，形成了新的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如赤鐵礦層。

盡管氧氣導致了許多生物的滅絕，但它也為新的、更復雜的生命形式鋪平了道路。有了氧氣，一些生物演化出了利用氧氣生活的新方式，從而形成了更復雜的生態(tài)系統(tǒng)。

大氧化事件不僅改變了地球的生物和地質(zhì)環(huán)境，還為科學家們提供了探索地球早期歷史和生命起源的重要線索。

藍藻與氧氣

大氣中的氧氣

（圖片來源：Veer圖庫）

38億年前，地球上的氧氣還極其稀薄，主要依靠一些非生物參與的物理化學反應而產(chǎn)生氧氣，而生物參與產(chǎn)生的氧氣僅僅依靠藍藻借助太陽能的光合作用，但這些藍藻產(chǎn)生的氧氣量受制于大量厭氧菌微生物的桎梏，這些厭氧菌不斷消耗著藍藻產(chǎn)生的氧氣，導致地球的氧氣含量一直居低不上，極其稀薄。

藍藻又稱藍綠藻，包括藍球藻、顫藻、念珠藻和發(fā)菜，由于藍色的有色體數(shù)量最多，所以宏觀上呈現(xiàn)藍綠色。大多數(shù)藍藻的細胞壁外面有膠質(zhì)衣，又叫粘藻。藍藻是地球上最早出現(xiàn)的原核生物，也是最基本的生物體。

藍藻在地球上大約出現(xiàn)在距今35億～33億年前，已知藍藻約2000種，中國已有記錄的約900種。

第一次大氧化事件

26億年前，生活在原始海域的藍藻等單細胞生物開始了地球上的第一次大氧化事件。它們在光合作用下不斷產(chǎn)生氧氣，使地球空氣中的氧氣含量不斷上升到百分之一的濃度。氧含量的增加也促進生命從單細胞向多細胞發(fā)展，逐漸擺脫微生物生物種群，演化出更復雜的生命形式。

寒武紀生物大爆發(fā)

在此期間，由于氧氣濃度恒定，所有生物體都在以前所未有的規(guī)模進化。高濃度的氧氣孕育出郁郁蔥蔥的森林，古木參天，到處都是蕨類植物；與此同時，肺部結(jié)構(gòu)簡單的節(jié)肢動物也在氧氣的浸潤下長得極其龐大，一時成為地球的霸主。大如鷹的蜻蜓、大如人的蜘蛛隨處可見。

地球的氧化事件雖然催生了好氧生物的進化和發(fā)展，但也促進了一些不需要依賴氧氣的原始生物的滅絕。因此，地球上氧氣含量的變化，無疑決定了好氧生物和厭氧生物的生死存亡。這讓我們是不是可以“假想”——如果氧氣增加到接近純氧的濃度水平，那么人類和大部分不能適應純氧的生物會不會“滅絕”？而另一些可以適應純氧環(huán)境的生物會不會被“選中”，逐漸走向下一輪進化……

第二次大氧化事件

直到時間來到大約6億年前，地球上發(fā)生了劇烈的地質(zhì)事件。這一事件將所有分裂的大陸合并為一個完整的超級大陸。同時，地質(zhì)活動產(chǎn)生的熔巖將被侵蝕的硫酸鹽帶入海洋，使海水中的微生物與有機物發(fā)生反應，產(chǎn)生大量氧氣，氧氣通過氣體交換進入大氣層，使地球無論是海洋還是陸地的含氧量都在直線上升。就這樣迎來了地球的第二次大氧化事件。經(jīng)過數(shù)百萬年的積累，這一時期的地球含氧量甚至增加到現(xiàn)在的六倍，直接催生了歷史上著名的寒武紀生物大爆發(fā)。