我這條命是氧氣給的 那氧氣是誰「給」的？

每一天，我們都在自由地呼吸。

這無比自然的生理行為讓我們習慣了氧氣的存在，以為它一直都是取之不盡、用之不竭的。

實際上，在地球將近46億年的歷史中，近一半的時間，可供呼吸的自由氧氣分子的含量，還不到現在大氣氧含量的0.001%！

每個人都不能不呼吸。套用流行的一句話說，我們的命，是氧氣給的。

那氧氣是誰「給」的呢？

換句話說，佔據現代大氣含量21% 的氧氣是從哪來的呢？

地質歷史中的增氧事件

現在我們已經知道，這要歸功於地質歷史中的一系列增氧事件。

增氧事件是指……在相對較短的時間內，大氣氧含量顯著上升的過程（當然，地質中的「很短時間」也是好幾個百萬年）。最主要的是兩次全球規模的增氧事件。

第一次發生在距今約24億年前後，被稱為大氧化事件。

第二次發生在距今約8-5.4億年，被稱為新元古代氧化事件（劃重點：這第二次增氧事件，使大氣氧含量增加了十倍左右）。

圖：地質歷史時期大氣氧含量水平

氧氣的產生與消耗

為什麼會發生增氧事件？這就得弄清楚氧氣的產生與消耗的關係。

大氣中的氧氣永不停歇的被產生和消耗，兩者的博弈決定大氣中氧氣的增減。

氧氣的產生途徑主要有三個：

第一個途徑是光合作用。這大概是我們最熟悉的一個。植物、藍藻等初級生產者，通過光合作用吸收大氣二氧化碳合成糖類（也就是有機碳）的同時，釋放氧氣，這是大氣氧氣的主要來源。

如果還能讀懂下圖，說明你的中學知識還沒還給老師。

圖：光合作用示意圖（來源：維基百科）

第二個途徑是海水中的硫酸鹽形成硫化物。海洋中一些細菌能夠還原海水中的硫酸鹽形成硫化物（黃鐵礦）併產生氧氣。

第三個途徑是紫外光的光分解。

圖：紫外光的光分解

大氣中的水分子在紫外光的催化作用下，分解成氫氣和氧氣，其中，質量較輕的氫氣逃逸到太空，而氧氣則滯留大氣層中。但通過該途徑其產生的氧氣比其他兩種途徑產生的氧氣量少得多，幾乎可忽略不計。

氧氣的消耗也有三個主要途徑：

第一個途徑是對生物產生的有機碳和黃鐵礦的氧化作用。

第二個途徑是對成岩過程和變質過程中，產生的還原性碳和硫氣體的氧化作用。

第三個途徑是對還原性火山氣體（如二氧化硫等）的氧化作用。

其中，第一個途徑是氧氣消耗的主要途徑。

生物的（有氧）呼吸作用，會消耗有機碳和氧氣，產生二氧化碳、水和能量。這部分有機碳消耗的氧氣，與光合作用時生成這些有機碳而產生的氧氣，正好可以互相抵消，對地球大氣中的氧氣來說，一個循環下來，無增亦無減。

圖：呼吸作用（紅色箭頭）示意圖（來源：維基百科）

然而，並不是所有的有機碳和黃鐵礦，都會被氧化而進入自然界的物質能量循環。總有一部分，會在沉積過程中「藏」了起來，「躲」進沉積物和岩石中，與氧氣隔絕（比如煤炭、石油、天然氣等）。

這樣大氣里就會有一些氧氣沒法被消耗掉，氧含量就出現了凈增加。

氧氣是怎麼「藏」起來的

說回到增氧事件，既然大氣中突然冒出這麼多氧氣，一定是有超多有機碳和黃鐵礦「藏」起來，「躲」過了被氧氣氧化消耗掉，它們是怎麼做到的？

科學家們提出了三種機制：大陸碰撞造山運動，大陸裂解，以及冰期作用。

1. 大陸碰撞造山運動

這是增氧事件最主要的驅動力。

地表高度的增加，導致岩石剝蝕速率的增加，大量岩石和礦物碎屑隨著河流進入洋，埋藏入沉積物中。

另外，這些碎屑中含有豐富的營養元素磷和鐵，給海洋中的藻類和細菌送去了大量食物，讓它們得以大量繁殖，導致更多有機碳和黃鐵礦就被產生並埋藏在了沉積物中，同時這一過程也釋放了大量氧氣。

下面請看圖：

通過對比地質歷史時期上6次超大陸聚合事件與大氣氧含量顯著增加發生的時間，可以看出兩者在時間上的同時性。

可見大陸碰撞造山運動，對大氣氧含量的增加，具有突出貢獻。

圖：地質歷史超大陸聚合事件（下圖）與大氣氧含量顯著增加事件（上圖）在時間上具有很好的對應關係

2. 大陸裂解

大陸聚合能增氧，大陸的裂解同樣也行。

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大陸裂解能增氧，是因為陸地被隔開後，出現了更廣闊的陸表海，海陸接觸面積增大就會加快風化剝蝕速率。像大陸聚合一樣，大量營養鹽被帶入海洋，生物繁盛，釋放氧氣，並增加了有機碳和黃鐵礦的埋藏，最終導致大氣氧氣含量凈增加。

下面再來看圖記重點：

冰期的作用

增氧事件的第三個驅動機制是冰期的作用。這需要談談知名的「雪球地球」（先請多啦A夢告訴你什麼是雪球地球）。

雪球地球的形成與第二次增氧事件時間上相吻合。

大陸冰川對陸地的剝蝕作用，會攜帶大量營養鹽進入海洋，當環境（特別是溫度）適宜時，就會導致海洋生物量的驟增，大量有機碳被埋藏，大氣氧含量也就隨之上升了。

總結起來就是，這三種情況都導致了有機碳等還原性物質的埋藏，從而導致碳循環終止，使得大氣圈中的氧氣含量增加。

經過上述一系列增氧事件的慢慢積累，地球的大氣才演變成今天這個樣子，我們才能愉快地生活在地球上~

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這就是氧氣的來歷啦。

來源：科學大院

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