找到了！為大氣輸氧的功臣

命是氧氣給的，氧氣是誰給的

絕大部分地球生物都離不開氧氣，套句時髦話說，我們的命是氧氣給的。那你有沒有想過，氧氣是“誰”給的？

所有初中化學尚未還給老師的人都知道，大氣中氧氣含量約為21%。但這是現代的狀況。實際上，在地球近46億年的歷史中，近一半的時間里，可供呼吸的自由氧氣分子含量還不到這個數字的0.001%。

轉機發生在近24億年前。在短短的幾百萬年里（嗯，對于地球老爺爺來說確實很短），大氣中的氧含量迅速增加到原來的千倍以上，這就是著名的“大氧化”事件。

這次為大氣增氧的主要是原始生命體。約36億年前，地球最初的生命原核生物誕生。它們（其中又以藍細菌為主）吸收二氧化碳，通過光合作用合成糖類（即有機碳），同時釋放氧氣。拜它們勤懇工作所賜，古地球的大量還原性物質被消耗，氧氣漸漸積攢起來。其一大后果，就是細胞結構更復雜的真核生物出現。

你以為地球生命從此就開始熱熱鬧鬧的發展演化了嗎？并不。在隨后的十幾億年內，大氣氧含量并未進一步提高，甚至還有所下降，低于“大氧化”時期的水平，多細胞真核生物的演化也隨之停滯不前。要不是第二次增氧事件發生，你我今天可能還在海里一成不變地進行光合作用。

“生命大爆發”的幕后推手

距今約5.4億年前，地球的時鐘走到了寒武紀。同樣在短短的幾百萬年內，生命突然有了爆炸式的增長。幾十億年來樸素低調、沒怎么改頭換面的原始微生物們仿佛一夕之間開了竅，開始了千姿百態的演變，今天我們能看到的各種動物門類，幾乎都在這一時期同時出現。這就是進化史上最誘人的一個謎團——“寒武紀生命大爆發”。

到底是什么力量，推開了地球生命快速演化的大門？

數年前，由中國科學院南京地質古生物研究所和英國倫敦大學學院合組的科研團隊，就注意到了氧氣在其中扮演的重要角色。他們分析了自9億年前以來全球海水碳酸鹽的碳同位素演變，發現從那時開始到約5.4億年前，海中的有機碳發生過多次大規模減少。這意味著原本渾濁、缺氧的海水多次被氧化，直到變得清澈、富氧。同時，大氣的氧含量也增加到了現代含量的60%以上。其中在距今約5.7億年時發生的，更是地球歷史上規模最大的一次氧化事件。無疑，這一系列氧化事件跟寒武紀生命大爆發在時間上是吻合的。而且，在寒武紀大爆發之后，大規模增氧事件就再也沒發生過。

但這一來，另一個問題出現了：那些年里，地球上究竟發生了什么，才產生了如此多的氧？循著上述線索，中英科學家們繼續追尋，日前終于得出一個靠譜的結論。

打破“死亡循環”

前面說過，在前寒武紀的海洋中藍細菌們孜孜不倦地制造著氧氣，但很遺憾，它們同時也是耗氧大戶。除了光合作用，它們也在進行有氧呼吸，生成二氧化碳、水和能量，一個循環下來，大氣中的氧并未增多，甚至還有所減少。因為它們死后，尸體的有機質分解也要耗氧（沒錯，這就是臭水塘里魚蝦缺氧死亡的一大原因）。

幸好，海里還生活著另一群小可愛——硫酸鹽還原菌，它們能將硫酸鹽還原成黃鐵礦等硫化物，同時放出氧氣。但問題是，它們的“食物”、制氧的原料硫酸鹽從哪來？

科學家們注意到，在關鍵的5.7億年前后，地球正發生著一場轟轟烈烈的巨變。各大陸塊撞擊、聚合，形成岡瓦納超大陸。板塊聚合造成猛烈的造山運動，使得大量富含硫酸鹽的蒸發巖被剝蝕、沖進海洋里，為硫酸鹽還原菌提供了豐盛的“大餐”。在蒸發巖喂養下的小可愛們茁壯成長，“拉出”許許多多黃鐵礦，以及對我們至關重要的氧氣。

科研團隊進一步比對了地質歷史上6次超大陸聚合事件與幾次大氣氧含量顯著增加事件，發現二者在時間上十分契合。另外可作為佐證的是，通過數學模型計算，新生代青藏高原隆起后蒸發巖輸入海洋的通量，與海洋氧化所需的蒸發巖輸入通量基本相當。

蒸發巖的加入，打破了前寒武紀海洋中氧氣“收支相抵”的狀況，并引發了一串“連鎖反應”：首先，富余的氧氣氧化分解了藍細菌的尸骸，渾濁的海水于是漸漸澄清。這一過程中產生的二氧化碳導致溫室效應，加熱了地球，又反過來加強了風化作用，使更多蒸發巖被剝蝕、進入海洋，從而產生更多氧氣。而當氧含量達到動物生存的最低需求時，海綿等以海中有機質為食的原始動物出現，進一步清掃了海洋，減少了有機質分解對氧氣的消耗。