找到了！為大氣輸氧的功臣

命是氧氣給的，氧氣是誰給的

絕大部分地球生物都離不開氧氣，套句時(shí)髦話說，我們的命是氧氣給的。那你有沒有想過，氧氣是“誰”給的？

所有初中化學(xué)尚未還給老師的人都知道，大氣中氧氣含量約為21%。但這是現(xiàn)代的狀況。實(shí)際上，在地球近46億年的歷史中，近一半的時(shí)間里，可供呼吸的自由氧氣分子含量還不到這個(gè)數(shù)字的0.001%。

轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生在近24億年前。在短短的幾百萬年里（嗯，對(duì)于地球老爺爺來說確實(shí)很短），大氣中的氧含量迅速增加到原來的千倍以上，這就是著名的“大氧化”事件。

這次為大氣增氧的主要是原始生命體。約36億年前，地球最初的生命原核生物誕生。它們（其中又以藍(lán)細(xì)菌為主）吸收二氧化碳，通過光合作用合成糖類（即有機(jī)碳），同時(shí)釋放氧氣。拜它們勤懇工作所賜，古地球的大量還原性物質(zhì)被消耗，氧氣漸漸積攢起來。其一大后果，就是細(xì)胞結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的真核生物出現(xiàn)。

你以為地球生命從此就開始熱熱鬧鬧的發(fā)展演化了嗎？并不。在隨后的十幾億年內(nèi)，大氣氧含量并未進(jìn)一步提高，甚至還有所下降，低于“大氧化”時(shí)期的水平，多細(xì)胞真核生物的演化也隨之停滯不前。要不是第二次增氧事件發(fā)生，你我今天可能還在海里一成不變地進(jìn)行光合作用。

“生命大爆發(fā)”的幕后推手

距今約5.4億年前，地球的時(shí)鐘走到了寒武紀(jì)。同樣在短短的幾百萬年內(nèi)，生命突然有了爆炸式的增長(zhǎng)。幾十億年來樸素低調(diào)、沒怎么改頭換面的原始微生物們仿佛一夕之間開了竅，開始了千姿百態(tài)的演變，今天我們能看到的各種動(dòng)物門類，幾乎都在這一時(shí)期同時(shí)出現(xiàn)。這就是進(jìn)化史上最誘人的一個(gè)謎團(tuán)——“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”。

到底是什么力量，推開了地球生命快速演化的大門？

數(shù)年前，由中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所和英國倫敦大學(xué)學(xué)院合組的科研團(tuán)隊(duì)，就注意到了氧氣在其中扮演的重要角色。他們分析了自9億年前以來全球海水碳酸鹽的碳同位素演變，發(fā)現(xiàn)從那時(shí)開始到約5.4億年前，海中的有機(jī)碳發(fā)生過多次大規(guī)模減少。這意味著原本渾濁、缺氧的海水多次被氧化，直到變得清澈、富氧。同時(shí)，大氣的氧含量也增加到了現(xiàn)代含量的60%以上。其中在距今約5.7億年時(shí)發(fā)生的，更是地球歷史上規(guī)模最大的一次氧化事件。無疑，這一系列氧化事件跟寒武紀(jì)生命大爆發(fā)在時(shí)間上是吻合的。而且，在寒武紀(jì)大爆發(fā)之后，大規(guī)模增氧事件就再也沒發(fā)生過。

但這一來，另一個(gè)問題出現(xiàn)了：那些年里，地球上究竟發(fā)生了什么，才產(chǎn)生了如此多的氧？循著上述線索，中英科學(xué)家們繼續(xù)追尋，日前終于得出一個(gè)靠譜的結(jié)論。

打破“死亡循環(huán)”

前面說過，在前寒武紀(jì)的海洋中藍(lán)細(xì)菌們孜孜不倦地制造著氧氣，但很遺憾，它們同時(shí)也是耗氧大戶。除了光合作用，它們也在進(jìn)行有氧呼吸，生成二氧化碳、水和能量，一個(gè)循環(huán)下來，大氣中的氧并未增多，甚至還有所減少。因?yàn)樗鼈兯篮?，尸體的有機(jī)質(zhì)分解也要耗氧（沒錯(cuò)，這就是臭水塘里魚蝦缺氧死亡的一大原因）。

幸好，海里還生活著另一群小可愛——硫酸鹽還原菌，它們能將硫酸鹽還原成黃鐵礦等硫化物，同時(shí)放出氧氣。但問題是，它們的“食物”、制氧的原料硫酸鹽從哪來？

科學(xué)家們注意到，在關(guān)鍵的5.7億年前后，地球正發(fā)生著一場(chǎng)轟轟烈烈的巨變。各大陸塊撞擊、聚合，形成岡瓦納超大陸。板塊聚合造成猛烈的造山運(yùn)動(dòng)，使得大量富含硫酸鹽的蒸發(fā)巖被剝蝕、沖進(jìn)海洋里，為硫酸鹽還原菌提供了豐盛的“大餐”。在蒸發(fā)巖喂養(yǎng)下的小可愛們茁壯成長(zhǎng)，“拉出”許許多多黃鐵礦，以及對(duì)我們至關(guān)重要的氧氣。

科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步比對(duì)了地質(zhì)歷史上6次超大陸聚合事件與幾次大氣氧含量顯著增加事件，發(fā)現(xiàn)二者在時(shí)間上十分契合。另外可作為佐證的是，通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算，新生代青藏高原隆起后蒸發(fā)巖輸入海洋的通量，與海洋氧化所需的蒸發(fā)巖輸入通量基本相當(dāng)。

蒸發(fā)巖的加入，打破了前寒武紀(jì)海洋中氧氣“收支相抵”的狀況，并引發(fā)了一串“連鎖反應(yīng)”：首先，富余的氧氣氧化分解了藍(lán)細(xì)菌的尸骸，渾濁的海水于是漸漸澄清。這一過程中產(chǎn)生的二氧化碳導(dǎo)致溫室效應(yīng)，加熱了地球，又反過來加強(qiáng)了風(fēng)化作用，使更多蒸發(fā)巖被剝蝕、進(jìn)入海洋，從而產(chǎn)生更多氧氣。而當(dāng)氧含量達(dá)到動(dòng)物生存的最低需求時(shí)，海綿等以海中有機(jī)質(zhì)為食的原始動(dòng)物出現(xiàn)，進(jìn)一步清掃了海洋，減少了有機(jī)質(zhì)分解對(duì)氧氣的消耗。