文：安德魯．諾爾（Andrew H. Knoll）
沒有氧的寫給行星續億大氣？這從根本上將我們的世界與年輕地球的世界區隔開來，不過我們怎麼知道，每個命何這種說法是地球正確的呢？我們怎麼能肯定，早期地球和我們現在的簡史今存地球是那麼不同，還有，微生物展我們該如何解釋，示生上存這顆能養活食蟻獸和大象（更別提我們人類）的顆無行星，要這樣過渡的寫給行星續億原因？
已知最古老的古代大氣樣本，是每個命何大約二百萬年前被困在南極冰層中的氣泡，因此關於更古老空氣的地球推論，只能產生自岩石紀錄中的簡史今存化學資訊。正如同我們是微生物展從尼安德塔人遺留下來的工藝品來認識他們的文化，我們也從岩石和礦物來拼湊出一幅地球的示生上存早期大氣相貌，因為那些岩石和礦物的顆無成分，反映了它們形成之時與古代的寫給行星續億空氣和水接觸受到的影響。
戴爾斯峽是個很好的起點。那道狹窄的谷地切入澳洲西北部的乾旱平原，暴露出了將近二十五億年前厚層沉積岩的演替遺跡〔如下圖〕。那些岩石本身就特別，由均勻分層的燧石和含鐵礦物混合構成，由於鐵的風化作用和瀰漫澳洲內陸的紅色塵土，讓岩石染上了赤褐色。這些岩石就稱為條狀鐵層，倘若你在廚房中使用鑄鐵煎鍋，那麼鍋子所含的金屬，很可能就是出自這類岩石。
有一點很引人矚目，那就是現代海床不會生成條狀鐵層。要生成這些沉積物，鐵必須透過海水裡的溶液運送，這只在無氧的情況下才有可能。一旦有氧氣，就算量很少，也會與溶解的鐵反應，從而形成氧化鐵礦物；現今海洋中的鐵濃度非常低。那麼，條狀鐵層的存在就顯示當時的海洋大致上是不含氧的。而且既然表層海水很容易與大氣交換氣體，無氧海洋或許就是位於缺氧的空氣之下。
條狀鐵層廣泛分布於距今超過二十四億年的沉積盆地，而在那段時期之後，範圍就明顯縮減，暗示這也就是氧氣開始瀰漫大氣和表層洋面的時候。其他取而代之的地質礦物證實了這項結論。舉例來說，黃鐵礦（即硫化鐵，也稱為愚人金）最為我們多數人所熟知的，或許就是在博物館和岩石商店中見到的燦爛金磚。
然而，黃鐵礦能幫忙講述氧的故事。愚人金見於古代泥岩和某些火成岩中，對氧氣極其敏感。把它擺放在富含氧氣的潮濕環境中，它就會氧化成硫酸鹽，一種見於石膏中的硫化物。這種氧化作用的時間是數年到數十年，所以儘管黃鐵礦仍持續從大陸表面暴露的岩石被侵蝕出來，我們基本上也從未在海岸沙粒中見到這種礦物；從較古老岩石受侵蝕出現之後，黃鐵礦便與氧反應並消失。
從地質看來，這似乎顯得微不足道，不過當我們檢視海岸線上距今超過二十四億年前沉積的砂岩，我們就會找到從陸地源頭被侵蝕出來的細粒黃鐵礦，它們由河川向下游沖刷，最終便沿著大海邊緣淤積——都沒有長時間接觸到（哪怕是少量的）氧。在距今少於二十四億年的沉積作用裡，我們則很少見到這樣的顆粒。其他對氧敏感的礦物，也道出相同的故事。
古代的風化作用層強化了二十四億年前全星球變遷的論據。岩石暴露在自然影響下，就會經歷化學風化作用，使岩石表面被改變的礦物剝落並促使土壤形成。鐵再一次參與作用，原因和前面提到的理由相同。當富含鐵的礦物覆蓋在無氧空氣和水底下，所含鐵就會進入溶液，被雨水和河川帶走。
在這些情況下，當我們拿一塊母岩的鐵含量來與它受風化岩面的鐵含量做個比較，風化作用層的鐵已經耗盡。反過來說，在有氧的情況下，風化釋出的鐵很快就會形成氧化鐵礦物，將它固定在原位。要不要猜猜看，古代風化作用層最早是在什麼時候顯露出與氧氣接觸的證據？聰明人會猜二十四億年前，正確答案。
最後，古代黃鐵礦和石膏所含硫同位素的細部資訊告訴我們，超過二十四億年之前，大氣的化學歷程在地球的硫循環中發揮了重要作用，但在那段時期之後就停止了。化學模型暗指，這種能透露真相的同位素資訊，只有在大氣中的氧含量極低時才會顯現——低於現今豐度的十萬分之一水平。
於是在超過二十億年間——幾乎等於我們這顆行星歷史的前半部分——地球的大氣和海洋，基本上都沒有氧氣，於是像你我這樣的生物體，都不可能存在。這就引出了兩個重要的問題。我們已經討論過，地球在三十五億年前，甚至在更早之前就是顆生物行星。
哪種生命能在這種早期缺氧地球上興盛繁衍？還有同樣重要的是，地球表面的這種持久狀態，為什麼在二十四億年前出現了變化？
有關無氧生命的問題比較容易解答，因為今天也有無氧環境，而且裡面充滿了生命。
生命是如何在這些（對我們而言）險惡的棲息地裡面延續下來？在我們熟悉的宏觀世界裡面，植物行光合作用來獲得能量和碳，吸收光能以二氧化碳形成糖，同時釋出氧氣這種副產品。簡化一點，光合作用方程式就像這樣：
CO2+ H2O ➞ CH2O + O2
動物採反向作用，將有機分子做為食物攝入，讓其中部分組成與氧反應來取得能量——我們稱之為呼吸作用（植物也呼吸）：
CH2O + O2➞ CO2+ H2O
兩種反應是互補、彼此反向的。這樣一來，碳和氧就在生物體和環境之間往復循環，維繫生命度過歲月。
擦亮你的顯微鏡，你就會看到許多微型生物也做相同的事情——藻類行光合作用，生成有機碳和氧氣；真菌、原生動物、藻類都會呼吸，消耗氧氣並將碳以二氧化碳形式返還環境。而且，是的，有些細菌也使用這些途徑來循環碳。