植物可以通過(guò)光合作用將空氣中的二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成氧氣。但你知道，這個(gè)世界上還有哪些生物可以 為人類(lèi)生產(chǎn)源源不斷的氧氣嗎？還有，你知道5億年前生產(chǎn)氧氣的大功臣竟然是一種石頭嗎？

早期地球的氧氣含量極低

空氣里有多少氧氣？大家都會(huì)說(shuō)，21%！但是在很早以前，地球上的氧氣含量卻遠(yuǎn)沒(méi)有這么高。已有研究表明，早期地球是極端缺氧的。實(shí)際上，在地球接近46億年的歷史中，有著近一半的時(shí)間可供動(dòng)植物進(jìn)行自由呼吸的氧氣的含量，還不到現(xiàn)在大氣氧含量的0.001%！而現(xiàn)在占據(jù)現(xiàn)代大氣含量21%的氧氣，都是經(jīng)過(guò)一系列自然界的增氧事件慢慢積累起來(lái)的。地球上發(fā)生的比較顯著的增氧事件有兩次，我們稱(chēng)之為大氧化事件。尤其是在距今5.8億-5.2億年前后，地球早期大氣和海洋中的氧氣含量發(fā)生了快速增加的現(xiàn)象，快速增氧現(xiàn)象的產(chǎn)生，都要?dú)w功于一種“石頭”——蒸發(fā)巖。

石頭可以產(chǎn)氧氣？這并不是天方夜譚。2019年9月2日，中英兩國(guó)科學(xué)家在《自然-地球科學(xué)》發(fā)表論文，在地球不斷演進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的大規(guī)模地殼運(yùn)動(dòng)，將很多平原變成山脈，甚至還將一些山脈推入了海水中，而蒸發(fā)巖作為這類(lèi)山脈的一種主要物質(zhì)來(lái)到海水中之后，對(duì)大洋進(jìn)行了氧化。這使得普遍缺氧的深部大洋含氧量大幅度提升，從而催生了生命的起源，為地球大型復(fù)雜多細(xì)胞生命的快速演化奠定了基本條件。

第一次大氧化事件：藍(lán)藻的產(chǎn)生

雖然證明了石頭產(chǎn)氧，但藍(lán)藻是第一次大氧化事件的主要功臣。第一次大氧化事件發(fā)生在距今大約24億年前后。由于藍(lán)藻（原核生物的一種）長(zhǎng)期勤勤懇懇的光合作用，產(chǎn)生的氧氣終于消耗掉了地球早期存在的大量還原性物質(zhì)，還清了“祖祖輩輩留下的債務(wù)”，開(kāi)始了氧氣的原始積累。藍(lán)藻的產(chǎn)氧使得大氣中的氧氣含量達(dá)到了現(xiàn)代大氣氧含量的1%，并隨著氧氣層的逐漸豐厚，使得真核生物在地球上首次出現(xiàn)。

隨著真核生物的誕生，地球上開(kāi)始出現(xiàn)了一批自發(fā)消耗氧氣的生物。生物的耗氧和產(chǎn)氧本應(yīng)該是一個(gè)良性循環(huán)，但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，隨后長(zhǎng)達(dá)十幾億年的時(shí)間內(nèi)，大氣中的氧氣含量卻并沒(méi)有進(jìn)一步增加，甚至還低于第一次大氧化事件時(shí)期的水平。對(duì)于前寒武紀(jì)海洋中的氧氣含量為什么長(zhǎng)期很低的問(wèn)題，目前學(xué)界有一種說(shuō)法，是因?yàn)樵酥参镏写嬖凇坝袡C(jī)碳庫(kù)模型”。該模型認(rèn)為前寒武紀(jì)海洋表層透光帶內(nèi)進(jìn)行光合作用的微生物主要是原核生物（藍(lán)藻），這些藍(lán)藻在死亡之后，依然存在于海水之中，通過(guò)海水中的氧氣來(lái)進(jìn)行自身的氧化降解。這些藍(lán)藻以及多種原核細(xì)胞生物在生前不斷地進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣，又因?yàn)榇罅克劳隼鄯e成有機(jī)碳庫(kù)消耗著海水中的氧氣，這樣一種循環(huán)的過(guò)程也最終使得整個(gè)地球的生態(tài)系統(tǒng)含氧量不斷降低。

第二次大氧化事件：生物與環(huán)境的自適應(yīng)機(jī)制

直到距今5.8億-5.2億年前后，地球發(fā)生了第二次大氧化事件，隨著第二次大氧化事件的發(fā)生，大氣中的氧氣含量增加到現(xiàn)代大氣氧氣含量的60%以上的水平，大洋也全部氧化，氧氣含量的提升帶來(lái)了多細(xì)胞真核生物的大輻射，以及動(dòng)物的快速起源和寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。

原核生物

生物中的一大類(lèi)。由原核細(xì)胞（沒(méi)有真正細(xì)胞核的細(xì)胞）構(gòu)成的生物，如細(xì)菌、病毒、立克次體、螺旋體等。

真核生物

細(xì)胞具有細(xì)胞核的所有生物的總稱(chēng)。它包括所有動(dòng)物、植物、真菌和其他具有由膜包裹著的復(fù)雜亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物。

2019年5月6日，由中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所朱茂炎研究員和英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院Graham Shields教授領(lǐng)銜的中英國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)在《自然一地球科學(xué)》上發(fā)表論文，證明動(dòng)物在大約距今5.2億年前后階段性的快速輻射演化（寒武紀(jì)生命大爆發(fā)）是因?yàn)槭艿搅舜髿夂秃Ｑ笾醒鯕夂康目刂?。他們認(rèn)為，第二次氧氣大爆發(fā)帶來(lái)了生物的誕生，同時(shí)也產(chǎn)生了“生物與環(huán)境協(xié)同演化模型”。

生物與環(huán)境協(xié)同演化模型其實(shí)是一種生物主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境并與環(huán)境進(jìn)行協(xié)同的機(jī)制。他們推測(cè)，在海水中氧氣含量達(dá)到原始動(dòng)物生存的最低需求時(shí)，動(dòng)物就會(huì)對(duì)海洋中的懸浮物及有機(jī)物進(jìn)行捕捉。它們捕食海水中有機(jī)物的行為，讓原先海水中消耗氧氣的有機(jī)物得到了緩解。海水懸浮有機(jī)質(zhì)的減少，加速了海水有機(jī)質(zhì)的消耗和埋藏，最終讓海洋和大氣中氧氣不斷增加。這樣一種循環(huán)機(jī)制，形成了動(dòng)物演化與氧氣增加的正反饋機(jī)制，讓地球的含氧量得到了逐步的提升。

理論上，這種正反饋機(jī)制最終將表現(xiàn)為氧氣增加的線(xiàn)性加速。然而，在距今5.8億-5.2億年前后大氣和海洋氧氣含量卻又產(chǎn)生了多次的上下波動(dòng)，為什么動(dòng)物主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境后仍然會(huì)產(chǎn)生氧氣含量的波動(dòng)，這還是與奇特的石頭——蒸發(fā)巖有關(guān)。

蒸發(fā)巖的加入打破平衡的關(guān)鍵

在《自然一地球科學(xué)》發(fā)表的最新研究中，朱茂炎等中英合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析距今9億年以來(lái)全球海水碳酸鹽的碳同位素（δ13C）演變過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在寒武紀(jì)后期，碳含量出現(xiàn)了一種波動(dòng)，時(shí)而大爆發(fā)，時(shí)而負(fù)增長(zhǎng)，出現(xiàn)這種原因，是因?yàn)榈厍虻倪\(yùn)動(dòng)將大量沉積的蒸發(fā)巖輸入了海洋。

距今5.7億年前后，地球上的主要大陸通過(guò)拼合形成了一個(gè)岡瓦納超大陸和位于超大陸內(nèi)部的超級(jí)中央造山帶，這時(shí)候的山體多數(shù)是來(lái)自具有豐厚碳物質(zhì)的蒸發(fā)巖，蒸發(fā)巖富含硫酸鹽，能夠?qū)Ｋ械挠袡C(jī)物進(jìn)行氧化，并形成黃鐵礦沉入海底。同時(shí)，海洋中有機(jī)碳的快速氧化，向大氣排放大量二氧化碳，進(jìn)一步導(dǎo)致大氣升溫，加強(qiáng)了陸地風(fēng)化作用和蒸發(fā)巖向海洋的輸入量，海洋中有機(jī)碳庫(kù)進(jìn)一步被氧化，形成一個(gè)海洋氧化的正反饋?zhàn)饔醚h(huán)系統(tǒng)，使得大氣和海洋中的氧氣快速增加。

同時(shí)，科學(xué)家還通過(guò)數(shù)學(xué)推算證明，時(shí)至今日，海洋中的蒸發(fā)巖仍然對(duì)海洋有著十足的氧化作用。這也證明了地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引起的巖石圈運(yùn)動(dòng)是地球表層系統(tǒng)發(fā)生革命性改變的原始驅(qū)動(dòng)力。

不僅5億年前蒸發(fā)巖為地球供氧作出貢獻(xiàn)，地球也因?yàn)檠鯕獯蟊l(fā)事件產(chǎn)生了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)以及多種生物。從這里可以看出氧氣是地球生物賴(lài)以生存的基礎(chǔ)，也是氣候調(diào)節(jié)作用中最重要的物質(zhì)。所以保持海水的清澈，珍惜地球的氧氣，讓森林、植被生活在我們的周?chē)?，這樣才能避免極端天氣的產(chǎn)生，讓我們每一天都生活在安全舒適的自然環(huán)境中。

（責(zé)任編輯：趙夢(mèng)祺 責(zé)任校對(duì)：曹偉）

寒武紀(jì)生命大爆發(fā)

是大約5.42億年前到5.3億年前，在地質(zhì)學(xué)上被認(rèn)為是寒武紀(jì)的開(kāi)始時(shí)間，寒武紀(jì)地層在2000多萬(wàn)年時(shí)間內(nèi)突然出現(xiàn)門(mén)類(lèi)眾多的無(wú)脊椎動(dòng)物化石，而在早期更為古老的地層中，長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有找到其明顯的祖先化石的現(xiàn)象，被古生物學(xué)家稱(chēng)作“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”，簡(jiǎn)稱(chēng)“寒武爆發(fā)”