地球大气层并非总是像今天这样。对我们至关重要的氧气也并非一直存在。 事实上，在地球历史的前半段大部分时间里，我们星球的大气层可能与金星的有害烟雾有更多共同之处，几乎找不到氧气的痕迹。
这一切在大约 23 亿年前发生了一个巨变。科学家普遍认为，一种名为蓝藻的微生物通过光合作用开始泵出足够的氧气，可以说是彻底改变了地球。这被称为大氧化事件，或 GOE。
达特茅斯学院的地球科学家 Sarah Slotznick 说：“这是地球历史上一次巨大的气候转变、环境转变，” “这是我们所知的最大一次转变。”
但关于 GOE 如何发生的，仍有许多未解之谜。现在，通过在古代岩石中寻找线索，Slotznick 和她的同事们的研究颠覆了科学家们之前关于 GOE 性质的一些假设。研究人员曾假设，GOE 之前曾有几次早期氧气的“短暂出现”，但这项新研究表明，GOE 是一次性发生的。研究作者于 1 月 5 日在《科学进展》杂志上发表了他们的研究成果。
挖掘岩石
将时间追溯到这么久远——比最古老的恐龙还要早十倍，属于一个称为太古宙的时期——并非易事。最早的植物和动物要再过十亿多年才会出现。大多数大陆尚未形成，而已形成的大陆对我们来说也难以辨认。
研究这一时期需要查找非常古老的岩石中的证据。例如，如果大气中有氧气，它会与岩石中的物质发生反应，留下地质学家可以找到的痕迹。或者，如果岩石位于海洋之下，大气会与海水中的物质发生反应，最终产物会沉到底部并保留在那里。
随着氧气的到来，岩石中的铁会变成氧化铁，也就是我们所说的铁锈。钼、铼和硫等其他元素也会发生变化——尽管科学家们并不总是确定是什么导致了这些变化。
哈佛大学地球科学家 David Johnston（未参与此项研究）说：“地质记录只提供了地球历史的快照。” “我们回溯的时间越长，这些记录就越不完整。”
然而，如果你找对了地方，你可以在大陆最古老的部分找到岩石，这些岩石足够古老，能够显示出这些信号。到 2000 年代初，这些信号都指向 GOE 的一个单一开端：大约在 23 亿年前。
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对于这项最新论文的科学家来说，正确的地方是西澳大利亚北部的皮尔巴拉地区。那里的岩石可能保存了地球上已知最古老的生命证据，来自 35 亿年前的微小化石。
参观岩石
2004 年，一项 NASA 支持的项目从麦克雷山页岩（皮尔巴拉地区一块保存特别完好的岩石）中切割了一个圆柱体，称为钻孔岩心。“我们使用‘保存’这个词，就像你谈论保存的古代文本一样，” Slotznick 说。它的文字没有被高温抹去，它的物质也没有被上升的山脉挤压。
Johnston 说，这种页岩是捕捉上方海洋一瞥的“理想选择”。
在将岩心取出后，科学家们对其进行了仔细检查，以了解不同历史时期的岩石。2007 年，研究硫、钼和铼的科学家宣布，他们在这个样本中发现了 GOE 之前就已经存在氧气的证据。
虽然 GOE 在当时已经被确立了几十年，但氧气在此之前就存在于大气中的想法是新颖的。这表明 GOE 可能并非一次性事件，而是可能在此之前的 5000 多万年前就发生了“短暂出现”。
此后，这些“短暂出现”得到了学术界的广泛接受。“我想说，它们已经开始在入门级地球科学课程中讲授了，” Slotznick 说。
重新审视岩石
在过去的十五年里，同一块麦克雷山页岩岩心已经成为十多篇不同论文的研究对象。许多论文研究了硒、锇和汞等重金属等其他元素的转变。但研究人员看到的化学过程通常了解甚少，科学家们并不确定特定的信号意味着什么。
为了增加一些清晰度，Slotznick 和她的同事们决定尝试一下。他们从岩心中取样，并进行了多项测试，包括使用同步辐射器（一种非常非常强的光源，尤其是 X 射线）对岩石样本进行检查。
他们的发现是新的证据，与“短暂出现”理论背道而驰。与 GOE 无关的事件实际上造成了先前研究似乎误认为是“短暂出现”的信号。例如，Slotznick 和合著者认为，对形成“短暂出现”理论至关重要的钼实际上来自火山。
Johnston 说：“这无疑对‘短暂出现’氧气存在于麦克雷山[页岩]中的论点提出了严峻的挑战，并为我们未来测试这些假设提供了一个绝佳的路线图。”
向前发展不仅意味着学习更多；它还意味着这项研究将有助于重新解读过去几年中从这块岩石中获得的其他数据。
至于 Slotznick，她正计划通过来自世界其他非常古老的岩石地区——南非——的钻孔岩心，深入研究地球历史的这个原始篇章。
她说：“我认为这是一个了不起的时期。” “有很多东西可以学习和深入研究，尤其是如果我们试图了解是什么导致了它，这是个大问题。”
