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氧气是我们生命活动中不可或缺的一部分 ， 如果没有氧气 ， 人类决不可能出现在地球上 。 氧气在如今的地球大气中占比约为21% ， 是组成地球大气的第二大成分 。 然而氧气也并非自地球诞生之日就像现在这么充裕 ， 甚至在地球诞生之初可以说是微乎其微 。
地球之所以像如今这样富含氧气 ， 还要归因于地球历史上的三次大规模氧化事件 。 地球化学模型表明 ， 其中的第一次 ， 也就是发生在约24.5亿年前的大氧化事件 ， 首次将地球大气的氧气含量从几乎为零提升到了相当于今天氧气含量1%的水平 。 科学界普遍将这次氧化事件归因为蓝细菌的产氧光合作用 ， 直到现在 ， 蓝细菌也是制造氧气的主力军 。 随后 ， 在新元古代再次出现氧气含量大幅度上升 ， 达到15%~18%左右 。
上图：地球大气含氧量随时间的演化时间表
而在这张时间表中 ， 最令科学家不解的是：根据化石证据表明 ， 可能早在34亿年前蓝细菌就已开始通过光合作用释放氧气了 ， 而这距发生在24.5亿年前的大氧化事件 ， 居然有长达9亿年的差距 。 为何从光合作用开始产生氧气到大气中氧气含量的迅速增加 ， 会有这么长的时间延迟呢？
通过不断解读地球编年史 ， 科学惊喜的发现地球一天的长度变化与氧气变化极度重合 。
正如地球的氧气含量并非初始就这么多 ， 地球一天的长度也并非一直是24小时 。 在地球诞生之初 ， 地球自转速度很快 ， 一天只有6个小时 。
直到24亿年前 ， 地球每天的长度达到21个小时左右 。 并在此后大约10亿年的时间里 ， 地球的自转速度保持不变 。 直到大约7亿年前 ， 地球自转再次减速 ， 最终保持在一天24小时的长度 。
而恰好是在地球自转减速中断的10亿年间 ， 大气中的氧气水平也保持不变 。 而后地球自转再次开始减速时 ， 发生了第二次大规模氧化事件：新元古代氧化事件 。
直觉上来说 ， 24小时内 ， 两个6小时的白昼与一个12小时的白昼 ， 对于光合作用来说应该是等效的 。 但为什么会造成地球氧气大爆发呢？科学家表示 ， 这个问题的答案可以从蓝细菌身上找到 。
美国密歇根大学安娜堡分校的研究人员 ， 曾对休伦湖中岛落水洞沉积物上 ， 生长的微生物垫做过分析 。 由于那里湖水的含氧量极低 ， 已经接近地球数十亿年前的微生物生活的环境 ， 因此成为了科学家研究地球早期生命行为的绝佳地点 。
上图：一名潜水员在休伦湖的中岛落水洞中观察覆盖在岩石上的微生物垫 。
微生物垫上主要存在两种微生物 ， 一是通过光合作用制造氧气的蓝细菌 ， 二是将硫加工成硫酸盐的硫氧化细菌 。 这两种微生物在数十亿年的时间里 ， 日复一日地进行着互动 。 硫氧化细菌像个手持木棒的恶霸 ， 在上午和下午的大部分时间中都覆盖在蓝细菌上方 ， 挡下了与蓝细菌接触的阳光 。 只有一天中光照最强的时候 ， 硫氧化细菌才会为了避开阳光 ， 向更深的地方迁移 ， 也只有这时 ， 蓝细菌才得到阳光的照射 。
上图：休伦湖的中岛落水洞 ， 一条河鲈鱼栖息在覆盖着紫色和白色微生物垫的岩石上 。
除此之外 ， 从接触阳光到光合作用真正开始之间 ， 还存在着几小时的延迟 。 也就是说 ， 蓝藻是个赖床专业户 。 经过计算 ， 每天留给蓝细菌光合作用的时间也只剩几个小时了 。 因此 ， 如果白天长度太短 ， 蓝藻的光合作用产生的氧气来不及形成足够的浓度梯度并从微生物垫上释放出来 。
上图：休伦湖的中岛落水洞的紫色微生物垫 。 垫子上的小山丘是由甲烷和硫化氢等气体在下面冒泡引起的 。
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