第七章 红地球 光合作用和大氧化事件 地球年龄：10亿年到27亿年.2
正如之前所说，这种转变的细节已经成了许多科学家职业生涯的焦点。近年来，我和我长期合作的同事迪米特里·斯韦尔詹斯基（Dimitri Sverjensky）带来了一种有点违背直觉的惊人看法，从而卷入了这场争论。我们认为，地球上大多数矿物都是生物作用的结果。几个世纪以来，人们一直默认矿物王国独立于生命运作。相反，我们新的“矿物演化”方法强调地圈和生物圈的共同演化。我们认为，在大约4 500种已知矿物中，有三分之二不可能在大氧化事件之前形成，具有丰富多样性的地球矿物中的绝大多数可能不会出现在一个没有生命的世界上。在这种观点看来，像半宝石绿松石、深蓝色的蓝铜矿和浅绿色的孔雀石等受欢迎的矿物，都是生命的明确标志。
这些矿物依赖生命世界的原因很简单。这些美丽的矿物，包括数以千计的其他种类，是通过富含氧气的水和先前存在的矿物相互作用，在浅层地壳中形成的。地下水通过溶解、运输、化学变化等方式改变了最上层数千英尺的岩石。在这个过程中，新的化学反应首次发生，产生了新的矿物。我和斯韦尔詹斯基列出了一长串以这样的方式产生的矿物，它们来自铜、铀、铁、锰、镍、汞、钼和其他许多元素。在氧气增长之前，这些矿物形成的反应不可能发生。
“那么红色的火星呢？”我们的同事问道。我们的行星邻居生锈的表面，难道不是火星已经被氧化，并可能拥有与地球相似的深部矿物多样性的证据吗？我们认为答案是否定的。最关键的区别在于，火星（或许还有其他类似的小型行星）没有经历过富含氧气的地下水的动态循环，而正是这种循环在地球上产生了惊人的矿物多样性。正如近期数据所暗示的，火星上可能存在地下水，但水是结冰的。火星呈现出红色的唯一原因是它失去了大部分近地表的氢（因此失去了大部分水）。氢损失产生的一点点氧气使火星表面变红，就像给它刷了一层薄薄的油漆，只有一英寸厚，但那些氧无法深入火星的地壳。
我们对地球矿物历史构建的新框架扩充了一些先前的观点。2007年《科学》杂志上的一篇论文煽动性地将标题定为《大氧化事件前的一点氧气？》，在论文中，地球化学家阿里尔·安巴尔（Ariel Anbar）和合作者详细记录了西澳大利亚麦克雷山25亿年前黑色页岩层序中的微量元素。这些精细分层的沉积物沉淀在远古海洋的外滨环境中，它们看上去千篇一律，但在仔细检查时我们却发现了令人惊喜的化学成分。最值得注意的是，靠近页岩顶部的一个30英尺厚的剖面明显地富含钼和铼，这些化学元素除非被氧化，否则通常不会出现在沉积岩中。钼和铼在高度氧化的形式下，很容易从火成岩的容矿岩中溶解，顺着河流进入海洋，最后并入海底的黑色页岩中。
每个人都同意，这些钼和铼的富集告诉了我们25亿年前发生的侵蚀。辉钼矿是最常见的钼矿物，它通常也含有铼，质地非常柔软，极易磨损。也许是含辉钼矿的花岗岩被暴露在一个古老的山坡上，也许是机械风化作用造成了微小的辉钼矿碎片，它们被卷入海洋，沉积在了黑色的泥质海底，这些沉积物就被掩埋并固化，形成了麦克雷山页岩。
安巴尔和他的团队得出了一个不同的结论。他们认为，来自早期光合细胞的“一点氧气”才是推动这种转变的关键。也许黏滑的绿色细胞在局部聚集，创造了一个有足够氧气的微环境，移动了钼和铼。毕竟，我们有24亿年前全球氧气增长的确凿证据，那么为什么在这个局部地区不能提早1亿年呢？
我和斯韦尔詹斯基的回应是，除了氧，还有很多方法可以移动钼、铼和其他元素。在没有任何氧的情况下，含硫、氮或碳的普通大气分子也可以进行接收电子的反应。这就是科学辩论的本质，新的观点和论据会与不同的主张和反驳碰撞。
无论氧气增长的确切时间是什么，到地球25亿岁的生日时，它的表面再次发生了变化。当地球生锈时，陆地上发生了第一次显著变化。氧驱动的地表风化开始将含铁的花岗岩和玄武岩分解成砖红色的土壤。当土地随着时间变化，它巧妙地将颜色从以灰色和黑色为主，转变为铁锈般的红色。从太空中看，20亿年前的地球大陆比今天的陆地要小得多，可能看起来有点像现在的红色火星，但地球上面还有蓝色的海洋和旋涡状的白云，与陆地形成了鲜明的对比。
铁锈只是许多深刻的矿物学变化中最明显的一个。我们最近的化学模型显示，大氧化事件为多达3 000种矿物的出现铺平了道路，而这些矿物都是我们太阳系以前从未出现过的种类。数以百计的铀、镍、铜、锰和汞的新化合物是在生命学会制造氧气后才出现的。博物馆中许多最美丽的晶体标本，比如蓝绿色的铜矿物、紫色的钴矿物、黄橙色的铀矿石等等，都有力地代表了一个充满活力的生命世界。这些新形成的矿物不太可能在缺氧的环境中形成，因此生命似乎对地球上已知的4 500种矿物中的大部分负有直接或间接的责任。令人惊讶的是，这些新的矿物为进化中的生命提供了新的环境生态位和新的化学能来源，因此，生命与岩石及矿物一直都在协同演化。
氧是一种神奇的转化元素，它在这段漫长的历史中扮演着主要角色。由于对电子的渴望，氧原子与各种矿物剧烈地反应，从而使岩石风化，在这个过程中形成富含营养的土壤。当大气中的氧气浓度在20亿年前首次达到显著水平时，所有依靠光合作用的生命形式都生活在海洋中。陆地上完全没有生命。但氧气为生命最终向全球的扩张铺平了道路。
今天我们在最密切的交换中体验着氧气。我们每呼吸一口，空气的一小部分就变成了我们的一部分，而我们的一小部分也变成了空气。随着时间的流逝，在每一次与氧及生命的其他基本元素的反应中，我们的身体多次消融和形成。我们的组织在我们的一生中被一次次地替换，地球上有限的原子储存在空气、海洋、陆地和所有生命形式中，不断地循环往复。大多数在你出生时形成你婴儿身体的原子现在都已消散，如果你有幸在这个富含氧气的行星家园中多生活几年，那么你现在身体中的原子也将消散。
