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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（英語：Great Oxygenation Event或Great Oxidation Event），也有氧氣災變（Oxygen Catastrophe）、氧氣浩劫（Oxygen Holocaust）、氧氣危機（Oxygen Crisis）、氧氣革命（Oxygen Revolution）等不同稱呼，指地球地質歷史上在約26億年前的太古宙—元古宙交界期海洋和大氣層內的氧氣含量突然增加的一段時間。在此之前的早期大氣並沒有游離態的氧氣，而是個主要成份由氮氣、甲烷、氨氣、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫等物質組成的還原性大氣，任何游離氧氣都會很快被這些還原劑通過氧化還原反應移除掉。然而在新太古代末期，游離氧氣的證據首次出現在地質記錄中，說明地球大氣從還原性大氣開始轉為了氧化性大氣。
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階段一（38.5－24.5億年）：大氣基本無氧。大洋都基本無氧，但淺海可能有氧。
階段二（24.5－18.5億年）：氧氣生成，升到0.02至0.04大氣壓，但由海洋與海床岩石吸收。
階段三（18.5－8.5億年）：氧量加到由大洋釋出，但由地面吸收，氧量沒有明顯變化。
階段四與五（8.5億年至今）：其它儲氧介質飽和，氧在大氣積聚。[1]
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（百萬年）
*冰河時期
這些新出現的氧來自藍綠菌的產氧光合作用，是葉綠素捕捉日光中的紅藍光分解水分子獲取氫正離子進行固碳過程中的副產物。但藍綠菌至少在中太古代就已出現，到大氧化事件時已經存在近10億年，卻直到新太古代末期才有游離氧氣在短時間內突然增加，其完整原因尚不得知，目前只有若干種假說能解釋。目前最受歡迎的說法是之前海洋和地表含有的還原性物質（特別是亞鐵、硫和大氣甲烷）仍然很多，氧氣被移除的速度仍然高於其生產速度，直到新太古代因為還原劑逐漸枯竭才跨過臨界點使得氧氣的生產超過消耗，導致沒被消耗移除的游離氧氣首次成規模的出現在海洋和大氣中。
大氧化事件永久性的改變了地球大氣的成份，也在岩層中留下了例如條狀鐵層那樣的礦石層。同時，因為曾在原始大氣中有相當占比的甲烷與新生的氧氣發生化學反應被大量消耗，使得溫室效應銳減，在之後的新元古代引發了歷時三億年的休倫大冰期。極端的氣候變化加上氧氣活性對遺傳物質和有機物的氧化破壞力，直接摧殘了當時以海生厭氧原核菌毯為主的生物圈，造成了嚴格意義上可能是生命史上最為嚴重的一次滅絕事件。但選擇壓力的改變也促進誕生了各類好氧菌和由好氧細菌與厭氧古菌發生內共生而演變出的真核生物，有氧呼吸所提供的強大潛能也使得日後藻類、原蟲、真菌、動物和植物等複雜生命的演化成為可能[2]。
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早期大氣
地球早期大氣層的成分尚不清楚。然而，大部分可能是氮氣 和二氧化碳，它們也是現代火山活動產生的主要含氮和含碳氣體。這些是相對惰性的氣體。與此同時，大氣中的氧氣只有當今大氣水平的 0.001%。[3][4]40 億年前，太陽的亮度約為現代亮度的 70%，但有強有力的證據表明當時地球上存在液態水。儘管太陽很微弱，但地球仍然溫暖，被稱為年輕太陽黯淡佯謬。要麼當時的二氧化碳水平要高得多，提供了足夠的溫室效應來使地球變暖，要麼存在其他溫室氣體。最有可能是甲烷，一種強大的溫室氣體，是由被稱為產甲烷菌的早期生命形式產生的。[5]含有微量水、甲烷、一氧化碳和氫氣，氮氣，二氧化碳的大氣被描述為弱還原性大氣，幾乎不含氧氣。現代大氣中含有豐富的氧氣（近 21%），使其成為氧化性大氣。氧氣的增加歸因於藍藻的光合作用，藍藻被認為早在 35 億年前就已經進化出來。
對地球大氣層何時以及如何從弱還原大氣變為強氧化大氣的科學理解很大程度上始於1970年代美國地質學家普雷斯頓·克勞德 (英語：Preston Cloud) 的工作。克勞德觀察到，超過約 20 億年的碎屑沉積物含有黃鐵礦、鈾礦和菱鐵礦顆粒等含有還原形式的鐵或鈾的礦物，這些礦物在較年輕的沉積物中沒有發現，因為它們在氧化氣氛中會迅速氧化。他進一步觀察到，大約在這個時候，大陸紅層開始出現在地質記錄中，其顏色來自氧化鐵礦物赤鐵礦。帶狀鐵地層在約 2.5 Ga 達到峰值後，在 1.85 Ga 時基本從地質記錄中消失。只有當豐富的溶解亞鐵離子被輸送到沉積盆地時，帶狀鐵地層才能形成，而含氧海洋通過氧化作用形成不溶性三價鐵化合物來阻止這種運輸。因此，帶狀鐵地層沉積在 1.85 Ga 處的結束被解釋為標誌著深海的氧化。在 1980 年代，這些想法被進一步完善，將氧化作用的主要時間置於 2.2 至 1.9 Ga 之間。
雖然人們普遍認為大氣的初始含氧發生在古元古代前半期的某個時間，但對於這一事件的確切時間存在分歧。2016 年至 2022 年間的科學出版物在大氣含氧作用開始的推斷時間方面相差約 5 億年;估計從 2.7 Ga 到 2.3 Ga 不等。限制計算的因素包括古元古代的沉積記錄不完整（例如，由於俯衝和變質作用）、許多古代沉積單元的沉積年齡的不確定性。雖然幾十年來，古生物學領域一直在討論和量化不完整的地質記錄的影響，特別是在生物體的進化和滅絕方面（西格諾爾-利普斯效應），但在考慮地球化學記錄時，這很少被量化，因此可能會給研究大氣含氧時間的科學家帶來不確定性。
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地質證據
大氧化事件的證據是由定義這一系列地質事件的各種岩石學和地球化學標記提供的。
古土壤、碎屑顆粒和含有赤鐵礦的紅色砂岩是低氧含量的證據。古土壤（化石土壤）的歷史超過 2.4 Ga ，鐵濃度較低，表明缺氧風化。由黃鐵礦、菱鐵礦和鈾礦（氧化還原敏感的碎屑礦物）組成的碎屑顆粒存在於年齡超過約 2.4 Ga 的沉積物中。這些礦物僅在低氧條件下穩定，因此它們作為碎屑礦物出現在河流和三角洲沉積物中被廣泛解釋為缺氧大氣的證據。與氧化還原敏感的碎屑礦物相反，是含有赤鐵礦的紅色砂岩。它的出現表明有足夠的氧氣將鐵氧化成三價鐵，這與在缺氧條件下沉積的砂岩形成鮮明對比，這些砂岩通常是米色、白色、灰色或綠色。
硫的質量不依賴分餾 (MIF) 提供了大氧化事件的一些最具說服力的證據。硫的質量不依賴分餾的化學特徵在 2.4–2.3 Ga 之前被發現，但此後消失。這種特徵的存在幾乎消除了含氧氣氛的可能性。
化學元素的不同同位素的原子質量略有不同。同一元素的同位素之間的化學差異大多與這種質量差異有關。其中包括擴散速率的微小差異，這被描述為質量依賴性分餾過程。相比之下，MIF 描述的過程與同位素之間的質量差不成正比。唯一可能在硫的地球化學反應中具有重要意義的過程是光解離。這是含硫分子被太陽紫外線輻射分解的過程。在 2.4 Ga 之前存在明顯的硫 MIF 特徵表明紫外線輻射深入地球大氣層。這反過來又排除了含有超過微量氧氣的大氣，因為超過微量的氧氣會產生臭氧層，從而保護低層大氣免受紫外線輻射。硫的 MIF 特徵的消失表明，隨著氧氣開始在大氣中積累，形成了這樣的臭氧屏障。
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假說
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氧化的後果
在南極洲弗里克塞爾湖進行的實地研究中，科學家們發現，即使在厚厚的冰下，產氧藍藻墊也會在缺氧環境中產生一層一到兩毫米厚的含氧水。據推斷，這些生物甚至在氧氣在大氣中積聚之前就已經適應了氧氣。[6]
洛馬貢迪–賈圖利碳同位素正漂移事件（英語：Lomagundi-Jatuli Event，簡稱LJE，開始於2.33 Ga或2.22 Ga，結束於2.06 Ga）是地球演化歷史上表生環境發生顯著變化的重大地質事件，在全球主要克拉通上均有豐富的地質記錄，並廣泛記錄了長時期、高幅度的海相碳酸鹽岩碳同位素組成正漂移。[7]
當時，大氣的氧含量在 2.3 Ga 左右上升，然後約 2.1 Ga 左右下降，這發生在層侵紀時期。[8][9][10] 在洛馬貢迪-賈圖利事件期間，大氣中的氧氣含量達到了與現代水平相似的高度，然後在隨後的階段恢復到低水平，這導致了黑頁岩的沉積（一種含有大量有機物的岩石，否則這些有機物會被氧氣氧化）。氧氣水平的這種下降稱為 Shunga-Francevillian 活動。即使在事件結束後，海洋似乎也保持了一段時間的氧氣豐富。[11][12] [9][13]
據推測，真核生物首先是在洛馬貢迪－賈圖利事件期間進化的。弗朗西維利安生物群也可能與此有關。
參見
參考文獻
外部連結
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