如果要評選世界上影響人類最深遠的金屬，我覺得我會投鐵一票。從大約4500年開始，世界不同地區相繼進入鐵器時代，鐵的使用幾乎伴隨了我們所有耳熟能詳的歷史大事件，一直到近現代人類進入蒸汽時代、信息時代，科技發生了巨大進步，唯一不變的就是我們主要使用的金屬資源依然是鐵。但是，有趣的是，目前
全球鐵礦產量的90%其實都來自於微生物們的饋贈[1]。
全球正在生產中的鐵礦，90%都與微生物活動有關 圖/Mining Journal
我們在上一篇文章中說過，有一些科學家們認為，大約在35億年前，有一些微生物演化出來一種獨特的能力：產氧光合作用。這種能力讓這群微生物能夠吃進去水和二氧化碳，在陽光的照射下產生有機物並排出氧氣。在這些微生物中，很可能存在藍細菌的祖先，這就是故事的開始。
35億年前的海洋和天空與現在極不一樣。首先是缺氧，極度缺氧，這導致了海洋和天空中存在著很多還原性的物質，比如在海水中大量漂浮著的二價鐵離子（Fe2+），這使得當時的海洋可能是發綠的。
這是綠色的硫酸亞鐵溶液，35億年前的海水顏色可能與之相似 圖/shutterstock
其次就是酸，無論是在陸地還是海底，這個時間段內都正在經歷大規模、長時間的火山噴發和海底熱液的噴發，這帶來了大量的酸性、還原性物質，比如二氧化硫，這讓當時的海水是酸的，酸性可能在3左右[2]，我們今天是沒機會嘗一下35億年前海水的滋味了，不過大家可以試著喝一口醋或者是吃一口酸蘋果，它們的PH值也在3左右。
最後就是危險，對生命極度危險。沒有氧氣的地球，也就意味著沒有臭氧層，而臭氧層是吸收紫外線的一把好手，沒有臭氧層的原始地球，等於完全暴露在了紫外線的面前。還記得大家常用紫外線滅菌燈嗎？這是因為紫外線是一種高能射線，能夠輕易破壞RNA和DNA的結構，快速殺死生命。35億年前的生命，和我們現在要殺的細菌沒啥區別，甚至還要弱小不少，因此那時候的地球表面對於生命來講就是絕境，生命們不得不依靠厚厚的海水才能夠保護自己。
不過，地球這種對生命極度不友好的情況在藍細菌的祖先們出現後逐步得到了改善 。
這些小小的微生物們最初可能只是聚集在海洋中的少數地方生活，它們在這些地方進行光合作用，產生的氧氣隨後逸散到周邊的海水和空氣中，它們的這種聚集區就好像是沙漠中的綠洲一樣，只有在聚集區周邊才有比較充足的氧氣，離聚集區越遠，氧氣越稀薄，科學家們把這種狀態稱為“氧氣綠洲”[3]。
在這些氧氣綠洲附近，海水中開始溶解大量的氧氣，這些氧氣迅速與飄蕩著的二價鐵離子發生化學反應，把這些鐵變成三氧化二鐵（赤鐵礦）或者是四氧化三鐵（磁鐵礦），這些被氧化的鐵快速沉澱到海底，形成了條帶狀的岩石，這些含有鐵的條帶狀岩石被稱為條帶狀含鐵建造（Banded Iron Formation，簡稱BIF）。
條帶狀鐵建造細節圖 圖/Flickr
公路邊的條帶狀鐵建造 圖/Matthew Genge
有證據表明，至少在27億年前，這些微生物就演化成了藍細菌，並一直演化到現在，因為藍細菌們經常聚集在一起成為絲狀，生物學家們最開始把它們誤認為是藻類，所以給它命名為藍藻。不過現代科學家們已經搞清楚了，它們其實還是一些單細胞的細菌，只不過它們喜歡聚集在一起生活，這些聚集體形態多種多樣，絲狀、團狀都有。
單細胞的藍藻經常聚集成絲狀生活，讓它們看起來像藻類，但是實際上它們只是細菌 圖/ Shomu's Biology
藍細菌有更強大的繁殖能力和生存能力，從它們出現以後，很快佔領了所有適宜生存的海洋。 藍藻在全球海洋中的大量繁殖，讓整個海洋中的二價鐵離子都被氧化成為磁鐵礦或者是赤鐵礦沉澱到海底，這些沉澱到海底的鐵如今形成了遍佈全球的鐵礦資源。這類鐵礦資源佔世界上富鐵礦儲量的60-70%，佔全球鐵礦產量的90%以上，而在中國，這類鐵礦的探明儲量佔全國鐵礦總儲量的比例超過50%[1]。
（PS：鐵礦並不全部是與生命活動有關的，很多鐵礦是由火山活動形成的，只不過這類由微生物造就的鐵礦最廣泛）
從35-25億年間，海水中的溶氧量處於緩慢增加的狀態，海水中的溶氧量與鐵離子的沉澱量是成正比的，溶氧量越大，沉澱的鐵離子就越多，因此鐵礦石的品味就越高，科學家們通過分析不同時代的含鐵建造中的鐵礦品味，發現鐵礦的品味在25-24億年前到達頂峰。
鐵建造的時間與鐵礦品味的關係圖[1]，注意鐵品味最高的西澳、巴西、南非都是傳統的鐵礦大國
海水中的鐵離子是一道屏障，它們與氧氣的化學反應阻止了氧氣向空氣中擴散。但是在大約25億年前，海洋中的鐵離子逐漸消失，再也沒有什麼能夠阻擋氧氣進入大氣中了，從這時開始，地球大氣中的氧氣含量開始增加起來。
地球從形成之後大氣中氧氣含量的變化情況圖，PAL是過去氧氣含量相對現代含量的百分比[4]
有些地質學家估計從25億年開始，一直到20億年結束，在這期間地球上的氧氣含量大幅增加，一度增加到達到如今氧氣含量50%的水平或者更高，甚至可能達到了跟如今氧氣含量相當的水平，他們給這一事件起了一個名字，叫做
大氧化事件。大氧化事件對於地球來講無疑是意義極為重大的轉折點，因此地質學家們也把大氧化事件的開始作為地球新的紀元的開始——元古宙到來了，區別於以往地球上死氣沉沉不適合生存的面貌，從元古宙開始地球上開始逐漸熱鬧起來了。
這一切都拜這些微生物所賜——進入大氣中的氧氣先是讓原始的地球大氣從還原狀態變成了如今的氧化狀態，隨後在紫外線的照射下形成臭氧，大量的臭氧匯聚在地球平流層的頂端形成臭氧層，臭氧層的出現阻擋了大量直射在地表的紫外線，從此以後，生命們再也不需要海水的保護，它們在經過長時間的準備之後，開始登陸地表，把地球打扮的生機盎然。不過這都是很久以後的事情了，我們在後面的文章中會慢慢講到。
如果把地球歷史看成是12小時，這一事件發生在地球形成後5小時24分鐘左右
參考文獻
[1]王長樂,張連昌,劉利,代堰錇. 國外前寒武紀鐵建造的研究進展與有待深入探討的問題[J]. 礦床地質,2012,31(06):1311-1325.
[2]李延河,侯可軍,萬德芳,張增傑,樂國良. 前寒武紀條帶狀硅鐵建造的形成機制與地球早期的大氣和海洋[J]. 地質學報,2010,84(09):1359-1373.
[3]梅冥相,孟慶芬. 太古宙氧氣綠洲:地球早期古地理重塑的重要線索[J]. 古地理學報,2015,17(06):719-734.
[4]D.E. Canfield.THE EARLY HISTORY OF ATMOSPHERIC OXYGEN: Homage to Robert M. Garrels[J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences,2005,33:1-36.
