眾所周知，氧氣是植物通過光合作用釋放出來的。一些植被茂密、氧氣含量大的森林區域也會被人們稱為“森林氧吧”，比如說世界上最大的雨林—亞馬遜雨林就有著“地球之肺”的美譽。
亞馬遜雨林，圖片來源 Veer圖庫
但是你們知道嗎，地球上的大部分氧氣來源其實並不是樹木，而是海洋中的浮游生物。
這些浮游生物雖然很微小，但卻是海洋生命支撐系統關鍵部分。更為重要的是，通過光合作用，它們每年產生了地球上一半的氧氣。
那麼有些朋友可能就會問了，地球上最早是沒有生物的，那最早的時候，地球的氧氣是來源於哪裡呢？
下面就跟著蝌蚪君一起來探尋一下氧氣的產生史吧！
無氧的地球，生命的搖籃
地球有著約46億年的歷史，但是在其誕生後的約一半的時間內，大氣裡的氧氣含量都是極少的。
那時候氧氣的主要來源，是原始大氣被陽光照射時從二氧化碳和水分子中分離出來氧。
與直覺相違背的是，其實並不是有氧氣才有生命，氧氣其實是生命的產物。
這是因為氧氣的化學性質較為活潑，遊離狀態的氧很容易就被岩石中的鐵以及火山爆發噴出的氫吸收掉了。
因此，在生命產生的早期，地球上的生物基本上全是厭氧生物，氧氣對它們來說是“毒氣”。
而現在我們之所以會生活中有氧環境中，主要歸功於小小的藍藻在幾十億年前掀起的那場“氧氣革命”。
藍球藻（藍藻的一種），圖片來源網絡
第一次大氧化事件：生命的毀滅與重生
我們通常對光合作用的定義是植物利用太陽能，將二氧化碳和水轉化為儲存能量的有機物，並釋放氧氣的過程。
但其實，光合作用分為產氧光合作用和不產氧的光合作用。根據迄今發現的最早的化石，地球生命大約出現在34.9億年前。之後不久，不產氧光合作用出現，而產氧光合作用直到大約24億年前才出現。
小貼士：事實上，嚴格來說藍藻也並不是植物，它是類似於細菌的一種生物，被稱為藍細菌更為合適，藍藻只是一種習慣的稱呼。
主流觀點認為，在24億年前，藍藻開始進行產氧光合作用，它們利用水、二氧化碳和陽光製造食物，並在這一過程中產生大量的有毒的副產品——氧氣。
在產氧光合作用出現後的一段時間裡，新生成的氧氣還能夠被岩石中的鐵和大氣中的氫等元素吸收。但是由於地球上的火山活動暫時性地減少等種種機緣巧合，氧元素漸漸能夠以遊離的氧氣形式存在於大氣中。
與此同時，越來越多岩石表面的鐵和磷被氧化後，隨著雨水沖刷進入了海洋，海水的富營養化進一步促進了藍藻的繁殖和生長。
這一正反饋使得地球氧氣含量急劇增加，大氣成分因此而改變，史稱第一次大氧化事件。
從大約23億年前到18.5億年前，大氣中的氧氣濃度從0.02%上升到了4%（現在是21%）。
圖片來源 zhihu
第一次大氧化事件對於當時的地球生命來說絕對是災難性的事件，它直接導致了當時地球上超過99%的生命死亡，其慘烈程度與六千多萬年前的恐龍滅絕相比有過之而無不及。
厭氧生物原本是按照硫化反應等化學反應來吸收能量，但是這種反應的效率與氧化反應相比要低很多。於是倖存的微生物進化出了有氧呼吸這一形式，我們現在所知的破傷風桿菌等厭氧細菌都是那次滅絕的倖存者。
但同時，伴隨著原核生物的“退居二線”，更高級的真核生物開始在生命的舞臺上大放異彩，由此開啟了通向人類出現的演化歷程。
值得一提的是，幾乎是在第一次大氧化事件發生的同時，地球進入了長達四億年，也是地球歷史上最長的一次冰期——休倫冰期。而導致休倫冰期產生的一個關鍵因素就是大氧化事件。
圖片來源 sohu
這是因為藍藻產生氧氣的同時吸收了大氣中的二氧化碳，而產生的氧氣又將大氣中的甲烷給氧化了。
我們都知道二氧化碳和甲烷都是溫室氣體，這兩種溫室氣體的減少使得地球大氣的保溫效果大大下降。
休倫冰期加上大氧化事件差點把地球上的生命一波帶走，但好在後來火山等地質活動又重新活躍了起來，火山噴發帶來的甲烷和二氧化碳又將地球重新“加熱”，地球上的生命得以逃過一劫。
第二次大氧化事件：進化的催化劑
研究表明，在第一次大氧化事件之後，地球又再一次進入了為期十幾億年的低氧環境期，一直持續到了第二次大氧化事件。
科學界對此提出了一個“有機碳庫模型”，該模型的主要理論是，前寒武紀海洋表層透光帶內進行光合作用的微生物主要是原核生物，這些微生物死亡後的有機質易氧化降解，如同一個巨大沼澤，不斷消耗著海水中氧氣，從而導致了海水的缺氧。
這一狀況直到第二次大氧化事件才得到好轉。
科學家們認為促使第二次大氧化事件的主要原因是大規模的造山運動將大量富含硫酸鹽的蒸發巖礦物風化剝蝕後送入海洋，而具有氧化性的硫酸鹽通過硫酸鹽還原菌，氧化了海里的有機質，形成黃鐵礦並“封存”了起來。
這導致海里的有機碳庫迅速減少，同時排出的二氧化碳又導致了溫室效應，大氣升溫後加強了陸地的風化作用向海裡輸入硫酸鹽的數量，這一正反饋使得大氣中氧氣的再次迅速上升（有沒有感覺很熟悉，第一次大氧化事件也是依靠的正反饋哦）。
再加上其他的一些輔助原因，最終促成了第二次大氧化事件的發生。
這是生物進化史上一個里程碑式的事件，它吹響了古老的地球生命向現代生物圈進化的衝鋒號。有科學家認為，寒武紀生命大爆發就與第二次大氧化事件密切相關。
在寒武紀生命大爆發之後，地球上的氧氣含量就在10%到35%之間變動，在距今約3億年前的時候，大氣中的氧含量達到了35%的峰值。
此後，地球上氧氣含量又逐步下降，直到穩定在今天的21%左右。
說起來，我們還要感謝小小的藍藻，沒有它在數十億年前堅持不懈地製造氧氣，有沒有我們人類還是另一說。
氧氣改變了大氣環境，也促使生物登上陸地，演化出了我們現在的這個充滿生機的世界。
圖片來源 pixabay
我們也不得不感嘆現在這個世界的珍貴，如果當時的藍藻沒有競爭過其他的厭氧生物，如果沒有恰到好處的地質活動結束了休倫冰期，如果沒有第二次大氧化事件......如果沒有那麼多的“巧合”，我們現在的地球又會是怎樣一番光景呢？
END
審核專家：朱廣思，生物學碩士，北京科普作協會員
蝌蚪五線譜原創文章/轉載註明來源
責編/Akua
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