氧气在生态系统演化过程中扮演着非常重要角色，与地球上绝大多数生命的生存息息相关。

现代大气中氧气含量可达21%。但是地质历史上大气氧含量经历了复杂的演化过程（如下图）。相应地，海洋的氧化还原状态也经历了多阶段的复杂演化。

敲黑板，下面要讲重点啦~就是这幅图！

地质历史大气氧含量演化图（引自Lyons et al., 2014）

光合作用是地球表面氧气的主要来源，而蓝藻细菌则是地质历史上最早的重要产氧者。

第一次大气氧化事件发生于约24–22亿年前，称为大氧化事件（GOE）。

But~也有许多证据表明，大气中氧气的首次出现可能更早，甚至可以追溯到约30亿年前。

27亿年前黑色页岩中2-甲基藿烷信号（Brocks et al., 1999, Science）学者们利用生物标志化合物追寻蓝藻细菌的足迹

小知识：生物标志化合物，指沉积有机质、原油、油页岩、煤中那些来源于活的生物体在有机质演化过程中具有一定稳定性没有或较少发生变化基本保存了原始生化组分的碳骨架记载了原始生物母质的特殊分子结构信息的有机化合物。

蓝藻细菌的生物标志化合物为2-甲基藿烷，有学者在27亿年前的黑色页岩中发现了这种物质，由此可以推测在27亿年前，大气中就已经出现了氧气。

还有一些同位素证据，有学者发现约30亿年前 BIF（条带状铁建造）里的铬同位素值相对于BSE（全硅酸盐地球）值都是正的，而古土壤里的铬同位素值都是负的。推测30亿年前，大气中可能就已经出现了氧气。

反正就是有学者研究发现在大氧化事件之前的30亿年前大气中就出现了氧气~

大氧化事件（GOE）时期大气和大洋表层水体中的氧气含量出现了大幅度的提升，甚至可能达到了现代水平的1 %。但是大氧化事件大气氧含量并不是一个单向的增加过程，而在其后期出现下降。

大氧化事件后的18-8亿年前，地球表面经历了相对平静的时期，也就是“乏味的十亿年”（Boring Billion）。这一时期大气氧含量很低，可能低于现代水平的0.1 %。

但是随着研究的不断深入，近年来越来越多的证据显示，中元古代大气氧含量可能并不是之前普遍认为的持续性低值状态。

证据在这里

（Canfield et al., 2018, NC）

可以看出，14亿年前的黑色页岩中记录了非常显著的铬同位素分馏，说明大气中氧含量不是一直非常低，有学者提出在约14亿年前大气氧含量甚至可能已经达到了现代水平的4 %。

罗迪尼亚超大陆 

雪球地球                                 生命大爆发

第二次大气氧化事件发生在新元古代中晚期，称为新元古代氧化事件（NOE）。新元古代是地球演化过程中非常重要的时期，除新元古代氧化事件外，这一时期还发生了罗迪尼亚超大陆裂解、多次全球性冰川事件（“雪球地球”事件）、宏体多细胞动物的出现与辐射等等。新元古代构造、气候、环境和生命演化等方面的事件彼此之间可能存在着联系。特别是新元古代中晚期大洋氧气含量的提升可能促进海洋中早期动物出现。

但是，也有许多地球化学证据表明，自新元古代至寒武纪早期，陆架深部海水可能仍处于缺氧甚至硫化状态。所以从新元古代至寒武纪早期，地球表面氧化还原状态的时间与空间演化仍具有很多争议。

地质历史上地球表面氧化还原状态的演化仍存在一些争议，需要学者们不断进行更加深入的研究。

参考资料及图片来源

[1] Canfield, D.E., Zhang, S.C., Frank, A.B., Wang, X.M., Wang, H.J., Su, J., Ye, Y.T., Frei, R., 2018. Highly fractionated chromium isotopes in Mesoproterozoic-aged shales and atmospheric oxygen. Nature Communications 9, 2871.

[2] Brocks, J.J., Logan, G.A., Buick, R., Summons, R.E., 1999. Archean molecular fossils and the early rise of eukaryotes. Science 285, 1033–1036.

[3] Crowe, S.A., D?ssing, L.N., Beukes, N.J., Bau, M., Kruger, S.J., Frei, R., Canfield, D.E., 2013. Atmospheric oxygenation three billion years ago. Nature 501, 535-538.

[4] Lyons, T.W., Reinhard, C.T., Planavsky, N.J., 2014. The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere. Nature 506, 307-315