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存在於水或岩石中。後來出現了藍藻細菌，這是一種能在無氧環境下生存，並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，氧氣纔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。

藍藻細菌

地球大氣含氧量隨時間的演化

大氧化事件和條帶狀鐵建造（BIF）

條帶狀鐵建造是形成於前寒武紀(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。那麼，大規模的條帶狀鐵建造在地球早期是怎麼形成的呢？在氧氣產生前，整個地球處於還原性環境，大洋玄武岩中的鐵元素以亞鐵形式存在，後來大量藍藻細菌在海洋中發育並進行光合作用，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澱下來，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週期有關。前寒武紀條帶狀鐵建造最早形成於38億年前，在25億年前伴隨着大氧化事件的發生達到高峯，在18億年前結束。

西澳大利亞Karijini國家公園的條帶狀鐵建造

美國密歇根州的條帶狀鐵建造樣品

大氧化事件的時間之謎

我們一般認爲大氧化事件發生在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，爲什麼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。

有研究認爲，大氧化事件的發生需要地質構造運動的觸發。科學家研究了地球歷史上的大氣氧含量，他們發現，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，隨着山脈的侵蝕，營養物質釋放到海洋中，爲光合細菌提供養分，使得光合細菌大量繁殖，最終導致產氧量快速增加。2016年發表在《Nature Geoscience》的一篇文章提出了另一種觀點，認爲在27億年前，地球上的大陸爲玄武岩，到25億年前左右，板塊構造和俯衝作用開始，地殼成分從富含鐵和鎂的鎂鐵質岩石變爲富含長石和石英的長英質岩石，並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。

地殼物質隨時間演變

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、缺氧的沼澤和溼地環境中，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裏的岩石所含的鎳進行研究，發現在大約25億年前，即“大氧化事件”開始前，鎳的含量僅爲之前的一半。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，地球上主要生活着厭氧原核生物，大氧化事件中產生的大量氧氣對於當時生存在缺氧環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，引發了休倫冰期，冰期從大約24億年前開始，一直持續了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，而從大氧化事件中倖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，爲生物的多樣性創造了可能。例如，在大氧化事件之後進化而來的線粒體，它爲生物體提供了能量，使其能夠在與日益複雜的生態系統的相互作用中過程，進化出新的、更復雜的形態。

除此之外，大氧化事件還引發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，它能和許多岩石和礦物發生化學反應，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；大氧化事件發生後，在近地表環境中，許多元素以一種或多種氧化形式存在於礦物中，礦物變得越來越多樣。以銅爲例，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，在地球上目前發現的大約4500種礦物中，有2500多種是大氧化事件直接造成的。

孔雀石[Cu2(OH)2CO3]

綠松石[CuAl6(PO4)4(OH)8·4H2O]

水鈾磷鎂石[Mg(UO2)2(PO4)2·10H2O]