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大氧化事件
距今约24亿年前的某一时期，大气中氧含量显著增加的事件 来自维基百科，自由的百科全书
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大氧化事件（英语：Great Oxygenation Event或Great Oxidation Event），也有氧气灾变（Oxygen Catastrophe）、氧气浩劫（Oxygen Holocaust）、氧气危机（Oxygen Crisis）、氧气革命（Oxygen Revolution）等不同称呼，指地球地质历史上在约26亿年前的太古宙—元古宙交界期海洋和大气层内的氧气含量突然增加的一段时间。在此之前的早期大气并没有游离态的氧气，而是个主要成份由氮气、甲烷、氨气、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等物质组成的还原性大气，任何游离氧气都会很快被这些还原剂通过氧化还原反应移除掉。然而在新太古代末期，游离氧气的证据首次出现在地质记录中，说明地球大气从还原性大气开始转为了氧化性大气。
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阶段一（38.5－24.5亿年）：大气基本无氧。大洋都基本无氧，但浅海可能有氧。
阶段二（24.5－18.5亿年）：氧气生成，升到0.02至0.04大气压，但由海洋与海床岩石吸收。
阶段三（18.5－8.5亿年）：氧量加到由大洋释出，但由地面吸收，氧量没有明显变化。
阶段四与五（8.5亿年至今）：其它储氧介质饱和，氧在大气积聚。[1]
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（百万年）
*冰河时期
这些新出现的氧来自蓝绿菌的产氧光合作用，是叶绿素捕捉日光中的红蓝光分解水分子获取氢正离子进行固碳过程中的副产物。但蓝绿菌至少在中太古代就已出现，到大氧化事件时已经存在近10亿年，却直到新太古代末期才有游离氧气在短时间内突然增加，其完整原因尚不得知，目前只有若干种假说能解释。目前最受欢迎的说法是之前海洋和地表含有的还原性物质（特别是亚铁、硫和大气甲烷）仍然很多，氧气被移除的速度仍然高于其生产速度，直到新太古代因为还原剂逐渐枯竭才跨过临界点使得氧气的生产超过消耗，导致没被消耗移除的游离氧气首次成规模的出现在海洋和大气中。
大氧化事件永久性的改变了地球大气的成份，也在岩层中留下了例如条状铁层那样的矿石层。同时，因为曾在原始大气中有相当占比的甲烷与新生的氧气发生化学反应被大量消耗，使得温室效应锐减，在之后的新元古代引发了历时三亿年的休伦大冰期。极端的气候变化加上氧气活性对遗传物质和有机物的氧化破坏力，直接摧残了当时以海生厌氧原核菌毯为主的生物圈，造成了严格意义上可能是生命史上最为严重的一次灭绝事件。但选择压力的改变也促进诞生了各类好氧菌和由好氧细菌与厌氧古菌发生内共生而演变出的真核生物，有氧呼吸所提供的强大潜能也使得日后藻类、原虫、真菌、动物和植物等复杂生命的演化成为可能[2]。
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早期大气
地球早期大气层的成分尚不清楚。然而，大部分可能是氮气 和二氧化碳，它们也是现代火山活动产生的主要含氮和含碳气体。这些是相对惰性的气体。与此同时，大气中的氧气只有当今大气水平的 0.001%。[3][4]40 亿年前，太阳的亮度约为现代亮度的 70%，但有强有力的证据表明当时地球上存在液态水。尽管太阳很微弱，但地球仍然温暖，被称为年轻太阳黯淡佯谬。要么当时的二氧化碳水平要高得多，提供了足够的温室效应来使地球变暖，要么存在其他温室气体。最有可能是甲烷，一种强大的温室气体，是由被称为产甲烷菌的早期生命形式产生的。[5]含有微量水、甲烷、一氧化碳和氢气，氮气，二氧化碳的大气被描述为弱还原性大气，几乎不含氧气。现代大气中含有丰富的氧气（近 21%），使其成为氧化性大气。氧气的增加归因于蓝藻的光合作用，蓝藻被认为早在 35 亿年前就已经进化出来。
对地球大气层何时以及如何从弱还原大气变为强氧化大气的科学理解很大程度上始于1970年代美国地质学家普雷斯顿·克劳德 (英语：Preston Cloud) 的工作。克劳德观察到，超过约 20 亿年的碎屑沉积物含有黄铁矿、铀矿和菱铁矿颗粒等含有还原形式的铁或铀的矿物，这些矿物在较年轻的沉积物中没有发现，因为它们在氧化气氛中会迅速氧化。他进一步观察到，大约在这个时候，大陆红层开始出现在地质记录中，其颜色来自氧化铁矿物赤铁矿。带状铁地层在约 2.5 Ga 达到峰值后，在 1.85 Ga 时基本从地质记录中消失。只有当丰富的溶解亚铁离子被输送到沉积盆地时，带状铁地层才能形成，而含氧海洋通过氧化作用形成不溶性三价铁化合物来阻止这种运输。因此，带状铁地层沉积在 1.85 Ga 处的结束被解释为标志着深海的氧化。在 1980 年代，这些想法被进一步完善，将氧化作用的主要时间置于 2.2 至 1.9 Ga 之间。
虽然人们普遍认为大气的初始含氧发生在古元古代前半期的某个时间，但对于这一事件的确切时间存在分歧。2016 年至 2022 年间的科学出版物在大气含氧作用开始的推断时间方面相差约 5 亿年;估计从 2.7 Ga 到 2.3 Ga 不等。限制计算的因素包括古元古代的沉积记录不完整（例如，由于俯冲和变质作用）、许多古代沉积单元的沉积年龄的不确定性。虽然几十年来，古生物学领域一直在讨论和量化不完整的地质记录的影响，特别是在生物体的进化和灭绝方面（西格诺尔-利普斯效应），但在考虑地球化学记录时，这很少被量化，因此可能会给研究大气含氧时间的科学家带来不确定性。
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地质证据
大氧化事件的证据是由定义这一系列地质事件的各种岩石学和地球化学标记提供的。
古土壤、碎屑颗粒和含有赤铁矿的红色砂岩是低氧含量的证据。古土壤（化石土壤）的历史超过 2.4 Ga ，铁浓度较低，表明缺氧风化。由黄铁矿、菱铁矿和铀矿（氧化还原敏感的碎屑矿物）组成的碎屑颗粒存在于年龄超过约 2.4 Ga 的沉积物中。这些矿物仅在低氧条件下稳定，因此它们作为碎屑矿物出现在河流和三角洲沉积物中被广泛解释为缺氧大气的证据。与氧化还原敏感的碎屑矿物相反，是含有赤铁矿的红色砂岩。它的出现表明有足够的氧气将铁氧化成三价铁，这与在缺氧条件下沉积的砂岩形成鲜明对比，这些砂岩通常是米色、白色、灰色或绿色。
硫的质量不依赖分馏 (MIF) 提供了大氧化事件的一些最具说服力的证据。硫的质量不依赖分馏的化学特征在 2.4–2.3 Ga 之前被发现，但此后消失。这种特征的存在几乎消除了含氧气氛的可能性。
化学元素的不同同位素的原子质量略有不同。同一元素的同位素之间的化学差异大多与这种质量差异有关。其中包括扩散速率的微小差异，这被描述为质量依赖性分馏过程。相比之下，MIF 描述的过程与同位素之间的质量差不成正比。唯一可能在硫的地球化学反应中具有重要意义的过程是光解离。这是含硫分子被太阳紫外线辐射分解的过程。在 2.4 Ga 之前存在明显的硫 MIF 特征表明紫外线辐射深入地球大气层。这反过来又排除了含有超过微量氧气的大气，因为超过微量的氧气会产生臭氧层，从而保护低层大气免受紫外线辐射。硫的 MIF 特征的消失表明，随着氧气开始在大气中积累，形成了这样的臭氧屏障。
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假说
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氧化的后果
在南极洲弗里克塞尔湖进行的实地研究中，科学家们发现，即使在厚厚的冰下，产氧蓝藻垫也会在缺氧环境中产生一层一到两毫米厚的含氧水。据推断，这些生物甚至在氧气在大气中积聚之前就已经适应了氧气。[6]
洛马贡迪–贾图利碳同位素正漂移事件（英语：Lomagundi-Jatuli Event，简称LJE，开始于2.33 Ga或2.22 Ga，结束于2.06 Ga）是地球演化历史上表生环境发生显著变化的重大地质事件，在全球主要克拉通上均有丰富的地质记录，并广泛记录了长时期、高幅度的海相碳酸盐岩碳同位素组成正漂移。[7]
当时，大气的氧含量在 2.3 Ga 左右上升，然后约 2.1 Ga 左右下降，这发生在层侵纪时期。[8][9][10] 在洛马贡迪-贾图利事件期间，大气中的氧气含量达到了与现代水平相似的高度，然后在随后的阶段恢复到低水平，这导致了黑页岩的沉积（一种含有大量有机物的岩石，否则这些有机物会被氧气氧化）。氧气水平的这种下降称为 Shunga-Francevillian 活动。即使在事件结束后，海洋似乎也保持了一段时间的氧气丰富。[11][12] [9][13]
据推测，真核生物首先是在洛马贡迪－贾图利事件期间进化的。弗朗西维利安生物群也可能与此有关。
参见
参考文献
外部链接
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