地球大气中的氧气在什么时候出现？

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雪球地球

地球在大约45.4亿年前形成，几亿年后，地球上就已经进化出了生命。自那时起，生命在地球上蓬勃发展，不断进化，使得它们能够在地球上几乎所有的环境生态位中找到生存之道。

但在地球形成大约20亿年之后，也就是距今25亿年前，地球上的生命几乎灭绝，其元凶就是如今几乎所有的地球生命都离不开的生存要素——氧气。在那时，大气中的氧气浓度突然大幅度升高，这种气体对于当时的生物体是致命的，这就是大氧化事件。

自大氧化事件发生数亿年来，地球的温度逐渐下降，最终进入了最为严重的冰河时期——休伦冰河时期，整个地球表面都被冰冻，形成“雪球地球”。这场灾难几乎彻底毁灭了当时的地球生命，此后的地球迎来了另一番景象。

蓝藻细菌

最初的地球上并没有氧气，所有的地球生命都是厌氧生物。直到35亿年前，地球上出现了最早的光合作用生物——蓝藻细菌。这种原核生物能够利用太阳能、二氧化碳和水进行光合作用，同时排出废气——氧气，这种气体对于厌氧生物来说是致命的有毒气体。

到了25亿年前，蓝藻细菌在地球的海洋中大规模繁殖，它们的数量呈指数式的增长。蓝藻细菌向大气中排放出了大量的氧气，大气中的氧气浓度急剧升高，从而导致当时的厌氧生物大规模灭绝。

那么，大氧化事件又是如何导致整个地球被冰封呢？

太阳的光度会随着时间的推移而逐渐增加，因为更重的氦原子核会在中心逐渐积累起来，使得太阳的核心不断坍缩，从而加快氢核聚变的速率，导致太阳的温度逐渐升高。在太阳刚刚形成时，早期太阳的辐射功率只有现在的80%。

在大氧化时期，太阳的光度仍然比现在低了一些，所以地球接收到的热量也会更少。但那时地球大气中的甲烷浓度比较高，而甲烷是一种强烈的温室气体，可以给地球起到保温作用，所以那时的地球也不会很冷。

由于大氧化事件导致氧气浓度大幅度升高，大量的氧气会消耗掉甲烷，失去了甲烷的温室效应，地球的温度开始大幅度降低。随着地球表面被冰雪覆盖的区域越来越大，地球接收到的热量也会越来越少，因为地球的总反射率在逐渐升高。最终，地球进入了休伦冰河时期，整个地球被冰封长达3亿年。

大氧化事件

尽管这对地球上的生命来说是灾难性的，但地球生命并没有因此而完全消失。蓝藻菌继续在地球上繁衍生息，而其他较小的生物种群面对巨大的自然选择压力和不断变化的环境，朝着不同的方向进化。更复杂的生物，积累了大量的基因和新的能力，它们生存的机会更高，因为它们更能适应变化。

与此同时，火山继续在冰层下喷发。这些二氧化碳的积累会增加大气中的温室效应，而同时产生的火山灰又会降低地球的反射率，地球的温度逐渐升高，最终摆脱这个冰川时代。

在休伦冰河时期结束之后，地球上出现了最早的真核生物。最终，原始的真核生物逐渐演化成了后来的原生生物、植物、真菌和动物。

如果氧气没有破坏早期地球的富含甲烷大气层，没有摧毁当时的优势物种，没有让其他新的生物得以进化，那么，包括人类在内的各种复杂生命很有可能就不会出现在地球上。