氧氣是我們賴以生存的物質基礎，但是在24億年前，氧氣卻帶來了一場生命的浩劫，這就是我們今天要說的大氧化事件（GOE）。我們知道，地球中儲量最豐富的元素是氧元素，但是地球在剛形成的很長時間內都沒有氧氣（O₂）的存在，氧只是以元素的狀態(tài)存在于水或巖石中。后來出現了藍藻細菌，這是一種能在無氧環(huán)境下生存，并且具有原始光能合成體系的原核生物，在藍藻細菌的光合作用下，氧氣才開始出現在大氣和海洋中，但是含量不足現在氧含量的0.001%。大約在24.5億年前（元古宙初期），地球上的氧氣突然開始大量聚集，這就是大氧化事件。

大氧化事件和條帶狀鐵建造（BIF）

條帶狀鐵建造是形成于前寒武紀(主要是太古代到古元古代)的沉積變質鐵礦，主要由薄層狀硅質礦石(碧玉、燧石、石英)和鐵質礦石(磁鐵礦、赤鐵礦)交替組成。那么，大規(guī)模的條帶狀鐵建造在地球早期是怎么形成的呢？在氧氣產生前，整個地球處于還原性環(huán)境，大洋玄武巖中的鐵元素以亞鐵形式存在，后來大量藍藻細菌在海洋中發(fā)育并進行光合作用，光合作用產生的氧氣很快與海洋中溶解的還原性鐵結合，形成不溶性的鐵氧化物沉淀下來，而這種韻律性的條帶狀構造可能與早期地球海洋中物質循環(huán)周期有關。前寒武紀條帶狀鐵建造最早形成于38億年前，在25億年前伴隨著大氧化事件的發(fā)生達到高峰，在18億年前結束。

大氧化事件的時間之謎

我們一般認為大氧化事件發(fā)生在24.5億年前，但是最早的產氧生物可能早在34億年前出現。從光合作用開始產生氧氣到大氣中氧氣含量的迅速增加，這之間有長達9億年的差距，為什么會有這種時間延遲呢？氧含量的快速增加除了依賴光合作用外還需要其他因素助攻。

有研究認為，大氧化事件的發(fā)生需要地質構造運動的觸發(fā)。科學家研究了地球歷史上的大氣氧含量，他們發(fā)現，每次較小的陸塊碰撞形成超大陸時，如：Pangea大陸，大氣中的氧氣含量就會飆升。這或許是構造運動形成了山脈，隨著山脈的侵蝕，營養(yǎng)物質釋放到海洋中，為光合細菌提供養(yǎng)分，使得光合細菌大量繁殖，最終導致產氧量快速增加。2016年發(fā)表在《Nature Geoscience》的一篇文章提出了另一種觀點，認為在27億年前，地球上的大陸為玄武巖，到25億年前左右，板塊構造和俯沖作用開始，地殼成分從富含鐵和鎂的鎂鐵質巖石變?yōu)楦缓L石和石英的長英質巖石，并且地殼中由巖漿作用產生的幔源還原劑的含量減少，所以這可能導致了地球表面的氧化效率下降，使得大氣中的氧含量上升。

另一種假說是鎳的減少。在氧氣產生的初期，大氣中充滿了由產甲烷細菌產生的甲烷氣體，在紫外線輻射下，剛產生的氧氣很容易和甲烷反應生成二氧化碳和水。產甲烷細菌一般生存在多水、缺氧的沼澤和濕地環(huán)境中，鎳是維持它們生存的重要元素，如果缺少鎳，對產甲烷細菌起關鍵影響的酶就會遭到嚴重破壞。有研究者對層狀鐵礦地層里的巖石所含的鎳進行研究，發(fā)現在大約25億年前，即“大氧化事件”開始前，鎳的含量僅為之前的一半。鎳含量的急劇下降抑制了甲烷的生成，所以導致大氣中氧含量的快速積累。

大氧化事件對地球的影響

在氧氣產生前，地球上主要生活著厭氧原核生物，大氧化事件中產生的大量氧氣對于當時生存在缺氧環(huán)境下的原核生物來說無疑是“毒氣”。此外，氧氣和大氣中的甲烷反應生成水和二氧化碳，減輕了地球的溫室效應，導致地球降溫，引發(fā)了休倫冰期，冰期從大約24億年前開始，一直持續(xù)了3-4億年，這可能是最長的雪球地球事件。在雙重打擊下，大部分厭氧生物逐漸滅絕，而從大氧化事件中幸存下來的生物開始了有氧代謝。生命的代謝進化這一突破極大地增加了生物可利用的自由能，為生物的多樣性創(chuàng)造了可能。例如，在大氧化事件之后進化而來的線粒體，它為生物體提供了能量，使其能夠在與日益復雜的生態(tài)系統(tǒng)的相互作用中過程，進化出新的、更復雜的形態(tài)。

除此之外，大氧化事件還引發(fā)了礦物多樣性的爆炸式增長，氧氣是一種化學性質很活躍的氣體，有很強的氧化性，它能和許多巖石和礦物發(fā)生化學反應，改變它們的組分和結構，形成新的礦物。在大氧化事件之前，所有的元素處在氧氣含量極低的環(huán)境下，元素之間的組合受到限制，形成的礦物的種類較少；大氧化事件發(fā)生后，在近地表環(huán)境中，許多元素以一種或多種氧化形式存在于礦物中，礦物變得越來越多樣。以銅為例，在大氧化事件之前，地球上最多擁有20多種含銅的礦物，然而現在，世界上有超過600多種不同的銅礦物已經分門別類，包括那些散發(fā)華麗藍色和綠色的藍銅礦、孔雀石以及綠松石。這就是氧氣的影響，在氧氣的參與下，許多礦物能與銅、氧以及其他元素緊密結合，形成獨特的新礦物。據估計，在地球上目前發(fā)現的大約4500種礦物中，有2500多種是大氧化事件直接造成的。