根據權威科學期刊《自然地球科學》（Nature Geoscience）於 2026 年 11 月 13 日發表的最新研究指出，在距今約 23 億年前的「大氧化事件」（Great Oxidation Event, GOE）發生之前，早期地球竟然扮演了長達十多年之久的「地質海綿」，將微量的氧氣吸收殆盡。長期以來，地質學家早已懷疑在 GOE 發生前，地球上的細菌已經開始產生有限的氣態氧，而這項最新研究則首次確立了這些氧氣被地球地函中地質過程吸收的時間點。
鋯石晶體作為地質時間膠囊的關鍵發現
根據朴茨茅斯大學（University of Portsmouth）地質學家雨果・莫雷拉（Hugo Moreira）的解釋，早期地球的地函本身就含有一定數量的氧氣。然而，來自進行光合作用的藍綠菌（cyanobacteria）群落所產生的第一批氣態氧，最終增加了地函中的氧氣含量，而這些變化可以透過某些鋯石晶體（zircon crystals）中的包裹體進行追蹤。這項研究所檢驗的鋯石晶體來自於被稱為薩努基岩（sanukitoids）的粗粒火成岩，這些岩石分佈在克拉通（cratons）地區，也就是現代大陸中心的古老核心。薩努基岩成為了解克拉通形成的地球化學窗口，且經常含有被困住的磷灰石（apatite）包裹體，其中的硫氧化態能夠顯示磷灰石形成時地函中的氧氣量。
根據該研究的數據顯示，研究團隊檢驗了全球各地共 14 個薩努基岩樣本，總共產出了 72 個鋯石晶體以及 39 個磷灰石包裹體。透過鋯石中含有以已知速率放射性衰變的鈾元素，測試能夠精確判定鋯石晶體的形成時間，誤差範圍通常在一百萬年左右。莫雷拉指出，這些礦物對於科學家而言極具吸引力，因為它們本質上就是地質的時間膠囊。這項新研究不僅確立了薩努基岩的年代，也同時確定了其形成時的氧化狀態，並將研究焦點放在曾位於火山活動活躍地帶下方的上地幔俯衝弧區域，因為研究人員推測這些區域最容易受到地表氧化的影響。
大氧化事件前的早期氧氣消長過程
在數十億年前，大多數微生物皆為厭氧生物，主要透過消耗淺水域及熱泉周圍的鐵質與其他礦物質來產生能量。隨著藍綠菌演化出光合作用，這項重大進展讓生物得以擺脫對厭氧過程的能量依賴，並在有水與陽光之處擴大生長規模。根據該項最新研究，大約在 23 億年前，藍綠菌作為副產物釋放出的氧氣在大氣中累積，進而引發了大氧化事件。這項劇變的首要後果之一，便是導致無法耐受氧氣的厭氧微生物發生大規模滅絕，但隨之而來的富氧大氣也孕育出了需要氧氣呼吸的複雜生命型態。
不過，莫雷拉及其研究團隊確認，地球地函早在 34 億年前就已經開始對大氣中藍綠菌產生的微量氧氣產生反應，這比大氧化事件足夠早了超過十億年。研究人員注意到，在 34 億年至 30 億年前之間，地函中的氧氣活動出現了顯著的增加，這表明該過程在此時期便已展開，時間點比多數科學家先前預期的還要早得多。牛津大學（University of Oxford）地質學家理查・帕林（Richard Palin）並未參與該項研究，但他評價這項工作是針對定年藍綠菌第一批大氣氧氣痕跡問題的一種「巧妙方法」。帕林指出，研究中使用的薩努基岩樣本數量相對較小，涵蓋全球僅 14 個岩石樣本，但他也承認要找到更好的證據將會非常困難，因為薩努基岩本來就很稀少。
從產業面與科學研究的長遠視角來看，這項研究證明了地球系統的演化遠比我們想像的還要早啟動。當我們在探討地球環境的極端變遷與碳氧循環時，地底深處的微觀礦物往往保存了最真實的歷史檔案。對一般人來說，這項發現不僅改寫了教科書對大氧化事件的時間認知，更提醒我們自然界的化學調節機制具有驚人的緩衝與吸收能力，這也是地球能夠持續孕育複雜生命的根本原因。
地球深部地質循環的宏觀影響
這項研究更廣泛的意涵在於它擴展到了整個地函，甚至一路延伸至地球的核心，因為地質學家認為在俯衝弧區域所產生的岩石，會在漫長的地質時間尺度中循環至更深邃的區域。當初期的微量大氣氧氣透過類似現代板塊隱沒帶的地質過程，將地表岩石向下拖曳時，這些氧氣便迅速透過氧化風化作用或與地表外層岩石的化學反應而被消耗。這種地表岩石向下傳遞的機制，最終導致了地球地函內部氧氣濃度的增加，解決了地函本身如何演化與地函在加入大氣氧氣後如何演化之間的落差。
面對深部地質歷史的探索，科學家始終在有限的樣本中尋求突破。雖然目前可用的數據集相對稀疏，但透過結合鋯石定年與磷灰石化學分析的高精確度技術，科學家正逐步拼湊出數十億年前地球大氣與地函之間的動態物質交換。隨著更多精密地質分析工具的發展，未來對於太古宙（Archaean era）時期地球演化的理解將更加全面，也將進一步釐清早期生命與無生命地質環境之間密不可分的交互作用。
本文改寫整理自公開新聞來源，原始報導由Eos發布。
常見問題 FAQ
什麼是大氧化事件（GOE）？
大氧化事件是指大約在 23 億年前，地球大氣中的氧氣濃度顯著上升的關鍵轉折點，這項轉變永久改變了原本無氧的原始大氣，使其成為今日適合生命生存的環境。
為什麼科學家會使用鋯石晶體來研究古老地球的氧氣？
因為鋯石晶體內部經常含有磷灰石包裹體，其中的硫氧化態能夠反映出礦物形成時地函中的氧氣量，且鋯石含有能以已知速率放射性衰變的鈾元素，使其成為精確測定地質年代的時間膠囊。
早期地球吸收氧氣的時間點比大氧化事件早了多久？
根據最新研究顯示，地球地函早在大約 34 億年前就已經開始對大氣中的微量氧氣產生反應，這比大氧化事件發生的大約 23 億年前早了超過十億年之久。
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