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儘管氧是宇宙中第三大豐富的元素，在超熱、超密集的恆星核心中鍛造而成，但要保持氧分子存在是很困難的。這是因為氧喜歡發生反應；它可以與元素週期表上的幾乎所有其他元素形成化合物。那麼地球是如何擁有一個由大約 21% 的氧氣組成的大氣層的呢？
答案是被稱為藍藻或藍綠藻的微小生物。這些微生物進行光合作用：利用陽光、水和二氧化碳產生碳水化合物，是的，還有氧氣。事實上，地球上所有的植物都結合了共生的藍藻（被稱為葉綠體），直到今天都為它們進行光合作用。
在這些藍藻進化之前的某個不為人知的漫長時期，在太古代期間，更原始的微生物以真正老式的方式生活：厭氧。這些古老的生物及其今天的“極端微生物”後代在沒有氧氣的情況下茁壯成長，依靠硫酸鹽來滿足它們的能量需求。
但大約 24.5 億年前，硫的同位素比發生了轉變，這表明氧氣首次成為地球大氣的重要組成部分，根據 2000 年《科學》雜誌上的一篇論文。大約在同一時間（以及此後漫長的歲月裡），氧化鐵開始出現在古代土壤中，並且鐵帶沉積在海底，這是海水中與氧氣發生反應的產物。
“看起來好像氧氣大約在 27 億到 28 億年前首次產生。它大約在 24.5 億年前進入大氣層，”賓夕法尼亞大學的訪問學者地球化學家迪克·荷蘭說。“看起來，產生氧氣的生物的出現與大氣層的實際氧化之間存在一段明顯的時間間隔。”
因此，科學家們所稱的“大氧化事件”可以確定一個日期和一個罪魁禍首，但仍然存在謎團。 24.5 億年前發生了什麼，使得藍藻得以接管？當時氧氣水平是多少？為什麼又過了一十億年——科學家們稱之為“乏味的十億年”——氧氣水平才上升到足以使動物進化的程度？
最重要的是，大氣中的氧氣量是如何達到目前的水平的？“為什麼它應該平衡在 21% 而不是 10% 或 40% 並不容易，”賓夕法尼亞州立大學的地球科學家詹姆斯·卡斯廷指出。“我們不太瞭解現代氧氣控制系統。”
氣候、火山活動、板塊構造在不同時期都對調節氧氣水平起著關鍵作用。然而，還沒有人提出一個可靠的測試來確定地質記錄中任何給定時間的大氣氧氣含量。但有一點是明確的——地球大氣中氧氣的起源源於一件事：生命。