大氧化事件

2013年1月8日，化學網報道的一條消息稱：“一項研究提出，海洋表面充氧可能早於23.2億年前的‘大氧化事件’，當時遊離氧被認為首次出現在了地球大氣中。科研人員研究了變成化石的固醇——這是一類製造過程需要氧的有機化合物，其中一些估計比大氧化事件早至多3億年”。 ^[2] 

2006年，加拿大王后大學的考古學家蓋伊·納波恩等人對北極冰層和北冰洋底部進行研究後發現，在這裏分佈着大量史前生物的沉積物。通過使用放射性碳測定法對它們進行鑑定，這些生物均出現在大氣中的氧氣快速積累後大約500萬年。而這個時候是在距今大約5.6億年前。由於地球大氣中的氧氣開始迅速積累，促進了多細胞生物的發展。

納波恩認為，當最古老的沉積物開始在阿瓦隆半島上聚積時，全球海洋中幾乎沒有或完全沒有多餘的氧氣，而在那一段時期堆積的沉積物中根本沒有動物化石。但在冰河世紀過去後不久，有證據表明，大氣中的氧氣含量急劇增加，當時的大氣含氧量已經達到了現今氧氣含量的15%，而這一時期的沉積物中就出現了與最古老的大型動物化石有關的證據。

而且，在2002年時，納波恩和其研究小組在紐芬蘭島東南海岸的沙岩岩層之間發現了世界上最古老的複雜生物形態。這意味着地球上最早出現複雜生物的時間向前推移至575萬年前，而那時，冰河世紀的厚厚“雪球”剛剛融化不久。在此之前，地球上的生物曾經經歷了長達30億年的單細胞進化過程。

2009年，加拿大阿爾伯塔大學的庫爾特·康豪瑟爾研究小組發表研究結果稱，得出“大氧化事件”的結論是源於兩種物質的巧合，即鎳和產甲烷細菌。

研究人員分析水成岩發現，38億年前早期地球上海洋裏的鎳含量較高。但27億年前到25億年前，即“大氧化事件”開始的時候，鎳的數量急劇下降。鎳的減少為“大氧化事件”打下了堅實基礎。因為，鎳含量下降有效降低了甲烷生成。這就促使地球上的氧氣迅速增多，生命慢慢形成。而27億年前正是地球上出現單細胞生物的時候，也是早期大氣裏的氧氣突然增多的時候。

所以，這種關係可以如此推理：鎳減少→產甲烷細菌死亡→甲烷生成減少→氧氣破壞減少→產生氧氣的微生物增多→氧氣大量產生（“大氧化事件”開始）→單細胞生物大量出現→生命從單細胞到多細胞發展→低級生物→高級生物。

同時，由於氧氣的大量出現，對地球地形和地貌的變化也起到了促進作用。例如，氧氣的腐蝕作用促成了對岩石的侵蝕，也造成了河流和塑造了海岸線。

2011年，利用一個火山排氣模型，Gaillard等人發現，觸發該事件的可能是在此之前發生的一個地殼形成階段。他們提出，隨着大陸的出現和火山越來越多地發生在地上而不是水下，岩漿揮發物在較低的壓力下被排放出來，導致排出的氣體被逐漸氧化。硫元素由以硫化氫（H₂S）形式轉化為以二氧化硫（SO₂）形式釋放，這種轉化隨後有可能促成了海洋硫酸鹽的還原以及地球大氣層的最終氧化。 ^[3] 

一項研究提出，海洋表面充氧可能早於23.2億年前的“大氧化事件”，當時遊離氧被認為首次出現在了地球大氣中。科研人員研究了變成化石的固醇（這是一類製造過程需要氧的有機化合物），其中一些估計比大氧化事件早至多3億年。

為了更好地確定這些史前固醇需要多少氧，Jacob Waldbauer及其同事對釀酒酵母進行了實驗，這是一種常見的酵母，與被認為產生了如今變成化石的這些固醇的真核生物是遠親。研究人員發現，酵母在極低濃度的氧存在的條件下能產生固醇。這一結果再加上計算出的全球空氣-海洋氣體交換率，它們提示類似的生物可能在太古代後期的稍微有些氧的海洋表面水中製造固醇。太古代是38億年前到25億年前的時期。

研究人員提出，這些生物有可能廣泛分佈並且持續存在了很長時間，在最早的大氣氧的地質證據出現之前很久就利用了光合作用產生的氧。研究人員指出，火山氣體、有機物和溶解的鐵可以捕捉這類氧，防止它在大氣中積累。然而，在某個時候，這些地球化學緩衝器一定是沒有起到作用，從而啓動了大氧化事件。 ^[2] 

2019年9月2日，中英科學家發表論文，認為大約5.7億年前，地球上的主要大陸拼合成一個岡瓦納超級大陸和位於超級大陸內部的中央造山帶。劇烈的地質活動將地表的大量硫酸鹽剝蝕帶入海洋。這些硫酸鹽與海水中的微生物和有機質反應，使海洋含氧量增高。海水中的氧氣又通過氣體交換進入大氣，致使當時海洋和大氣含氧量都迅速增高。 ^[1] 

關鍵證據來自硫同位素。光化學過程分解二氧化硫的過程能夠造成非質量分餾，無氧的大氣條件下分解形成的產物不會完全被氧化，因此地層沉積物中的硫帶有非質量分餾的同位素特徵。前寒武的硫化物和硫酸鹽中發現24.5億年前的大氣中二氧化硫分餾就已經產生，而24.5-20.9億年同位素髮生變化，説明後一階段大氣中出現了氧氣 ^[4]  。

此外還原性大氣條件下化學風化中沒有氧化過程，還原條件下的碎屑礦物如菱鐵礦、黃鐵礦等大量存在。而現今氧化的大氣背景下，還原性質的碎屑礦物很難保存 ^[5]  。

大氧化事件的直接產物（礦產效應）是條帶狀含鐵建造（Banded iron formation, 即BIF）。這種細條帶狀硅質赤鐵礦礦牀由鐵的氧化物、硫化物、碳酸鹽類礦物和燧石構成條帶狀的互層沉積。二價鐵只有被氧化成三價之後才會沉澱，沉澱説明當時的大氣中已經含有氧氣。同時週期性沉澱説明氧氣含量不高，沉澱消耗的氧氣需要藍細菌一段時間進行補充。此外大氧化事件後，紅土、富硫酸鈣蒸發巖也進一步大量出現 ^[6]  。

大氧化事件的機制並非由於藍細菌的產氧作用單一因素造成（因為光合作用細菌在27億年前已經開始），可能是風化作用及火山作用等地球圈層過程共同影響的結果 ^[7-8]  。

大氧化事件對錶層環境帶來了全方位多尺度範圍內的巨大變化。在還原及高温室大氣成分的條件下很難出現的冰期在地球上開始出現，表生礦物種類急劇增多。同時大氣自由氧的升高使得環境温度發生了明顯變化，促進了地球複雜生命體的形成和演化 ^[9]  。