32亿年前地球就出现了氧

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如果你跳进Tardis(时间和空间相对维度蓝色电话亭)穿越到四十亿年前，你会发现自己处在一个炎热、悲催的荒凉星球，几乎没有一个氧分子可供呼吸。地球曾是一个窒息的地狱，但亿万年来，微小的绿色微生物将氧气充满大气。新的研究发现，它们干这活的时间，比我们想象的要长得多。

在即将发表于《地球和行星科学通讯》上的一项研究中，一个研究团队报道在约32亿年前的浅海底沉积物中发现了锈蚀的富铁岩层——存在氧的迹象。通过化学分析，研究人员们发现该远古铁锈必须是来自于生物的，这把地球上首次出现产氧菌的时间比先前认知又向前推移了2亿年。

地球的首批地球化改造者

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蓝藻。Image Credit: Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc. / Wikimedia

植物拿到了保持我们的大气能够呼吸的所有功劳，但是几十亿年前开始这一努力的却是蓝藻。这些微小的绿色微生物发展出了光合作用的第一个版本，这个过程利用捕获的阳光来分解水制造糖。对动物们来说幸运的是，光合作用释放氧气作为废弃产物。

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对条带状含铁岩层的研究表明地球在32亿年前有氧气的证据，比先前估计的最早氧发生时间还早2亿年。Image Credit: A. Satkoski / University of Wisconsin - Madison

大约23亿年前，蓝藻开始向大气层疯狂倾倒氧气。虽然厌氧微生物倒了霉，空气对于复杂多细胞生命却变得舒适得多。地质学家们认为该“大氧化事件”是地球生命史上的一个重大转折点。

但是最早的蓝藻是何时以及如何开始的，仍然是一个谜。你可以想象，研究很久、很久以前的微小生物是相当棘手的。他们的大部分痕迹已被板块构造运动抹去或覆盖。

然而，地质学家都是顽固的人，他们一直在系统地搜寻所能找到为数不多的非常古老的岩层，以拼凑出地球朦胧的过去。

在新的研究中，威斯康辛大学麦迪逊分校的地球化学家Aaron Satkoski和同事们转向Manzimnyama条带状含铁岩层，这是来自南非约翰内斯堡东边一处现场32亿年前的具有红色和粉色条纹序列的岩石。最初沉积于古代海洋中，这些沉积岩的颜色来自铁在含氧条件下锈蚀所致。通过检测铁锈中铁的两种同位素——铁-56和铁-54——的比例，该团队确定这块浅海岩石形成于氧气浓度0.1%之下。这听起来可能不是很多，但是要记住，来自这个时期的大多数岩石都显示没有任何氧气。O₂的进一步证据来自于少量铀原子，它们与氧发生反应时打破了其结晶形态。

当然，这项研究只在一个地点鉴定了氧气。此时蓝藻是否在全世界都有出现仍然是个问题。如果是，那么大氧化事件为什么又多花了几亿年才展开就有点令人费解。

再其次，早期的地球是一个非常不适合居住的地方——受到紫外线辐射和小行星等的轰击。也许早期蓝藻非常受限，只能依附于少数几处浅海中，提供它们足够的阳光和保护。这里的要点就是，地球上的首批地球化改造者们甚至比我们想象的更坚韧——而对于我们星球的遥远过去我们还有很多东西要学。

本文译自 WISC via Gizmodo，由 王丢兜 编辑发布。