如果要评选世界上影响人类最深远的金属，我觉得我会投铁一票。从大约4500年开始，世界不同地区相继进入铁器时代，铁的使用几乎伴随了我们所有耳熟能详的历史大事件，一直到近现代人类进入蒸汽时代、信息时代，科技发生了巨大进步，唯一不变的就是我们主要使用的金属资源依然是铁。但是，有趣的是，目前
全球铁矿产量的90%其实都来自于微生物们的馈赠[1]。
全球正在生产中的铁矿，90%都与微生物活动有关 图/Mining Journal
我们在上一篇文章中说过，有一些科学家们认为，大约在35亿年前，有一些微生物演化出来一种独特的能力：产氧光合作用。这种能力让这群微生物能够吃进去水和二氧化碳，在阳光的照射下产生有机物并排出氧气。在这些微生物中，很可能存在蓝细菌的祖先，这就是故事的开始。
35亿年前的海洋和天空与现在极不一样。首先是缺氧，极度缺氧，这导致了海洋和天空中存在着很多还原性的物质，比如在海水中大量漂浮着的二价铁离子（Fe2+），这使得当时的海洋可能是发绿的。
这是绿色的硫酸亚铁溶液，35亿年前的海水颜色可能与之相似 图/shutterstock
其次就是酸，无论是在陆地还是海底，这个时间段内都正在经历大规模、长时间的火山喷发和海底热液的喷发，这带来了大量的酸性、还原性物质，比如二氧化硫，这让当时的海水是酸的，酸性可能在3左右[2]，我们今天是没机会尝一下35亿年前海水的滋味了，不过大家可以试着喝一口醋或者是吃一口酸苹果，它们的PH值也在3左右。
最后就是危险，对生命极度危险。没有氧气的地球，也就意味着没有臭氧层，而臭氧层是吸收紫外线的一把好手，没有臭氧层的原始地球，等于完全暴露在了紫外线的面前。还记得大家常用紫外线灭菌灯吗？这是因为紫外线是一种高能射线，能够轻易破坏RNA和DNA的结构，快速杀死生命。35亿年前的生命，和我们现在要杀的细菌没啥区别，甚至还要弱小不少，因此那时候的地球表面对于生命来讲就是绝境，生命们不得不依靠厚厚的海水才能够保护自己。
不过，地球这种对生命极度不友好的情况在蓝细菌的祖先们出现后逐步得到了改善 。
这些小小的微生物们最初可能只是聚集在海洋中的少数地方生活，它们在这些地方进行光合作用，产生的氧气随后逸散到周边的海水和空气中，它们的这种聚集区就好像是沙漠中的绿洲一样，只有在聚集区周边才有比较充足的氧气，离聚集区越远，氧气越稀薄，科学家们把这种状态称为“氧气绿洲”[3]。
在这些氧气绿洲附近，海水中开始溶解大量的氧气，这些氧气迅速与飘荡着的二价铁离子发生化学反应，把这些铁变成三氧化二铁（赤铁矿）或者是四氧化三铁（磁铁矿），这些被氧化的铁快速沉淀到海底，形成了条带状的岩石，这些含有铁的条带状岩石被称为条带状含铁建造（Banded Iron Formation，简称BIF）。
条带状铁建造细节图 图/Flickr
公路边的条带状铁建造 图/Matthew Genge
有证据表明，至少在27亿年前，这些微生物就演化成了蓝细菌，并一直演化到现在，因为蓝细菌们经常聚集在一起成为丝状，生物学家们最开始把它们误认为是藻类，所以给它命名为蓝藻。不过现代科学家们已经搞清楚了，它们其实还是一些单细胞的细菌，只不过它们喜欢聚集在一起生活，这些聚集体形态多种多样，丝状、团状都有。
单细胞的蓝藻经常聚集成丝状生活，让它们看起来像藻类，但是实际上它们只是细菌 图/ Shomu's Biology
蓝细菌有更强大的繁殖能力和生存能力，从它们出现以后，很快占领了所有适宜生存的海洋。 蓝藻在全球海洋中的大量繁殖，让整个海洋中的二价铁离子都被氧化成为磁铁矿或者是赤铁矿沉淀到海底，这些沉淀到海底的铁如今形成了遍布全球的铁矿资源。这类铁矿资源占世界上富铁矿储量的60-70%，占全球铁矿产量的90%以上，而在中国，这类铁矿的探明储量占全国铁矿总储量的比例超过50%[1]。
（PS：铁矿并不全部是与生命活动有关的，很多铁矿是由火山活动形成的，只不过这类由微生物造就的铁矿最广泛）
从35-25亿年间，海水中的溶氧量处于缓慢增加的状态，海水中的溶氧量与铁离子的沉淀量是成正比的，溶氧量越大，沉淀的铁离子就越多，因此铁矿石的品味就越高，科学家们通过分析不同时代的含铁建造中的铁矿品味，发现铁矿的品味在25-24亿年前到达顶峰。
铁建造的时间与铁矿品味的关系图[1]，注意铁品味最高的西澳、巴西、南非都是传统的铁矿大国
海水中的铁离子是一道屏障，它们与氧气的化学反应阻止了氧气向空气中扩散。但是在大约25亿年前，海洋中的铁离子逐渐消失，再也没有什么能够阻挡氧气进入大气中了，从这时开始，地球大气中的氧气含量开始增加起来。
地球从形成之后大气中氧气含量的变化情况图，PAL是过去氧气含量相对现代含量的百分比[4]
有些地质学家估计从25亿年开始，一直到20亿年结束，在这期间地球上的氧气含量大幅增加，一度增加到达到如今氧气含量50%的水平或者更高，甚至可能达到了跟如今氧气含量相当的水平，他们给这一事件起了一个名字，叫做
大氧化事件。大氧化事件对于地球来讲无疑是意义极为重大的转折点，因此地质学家们也把大氧化事件的开始作为地球新的纪元的开始——元古宙到来了，区别于以往地球上死气沉沉不适合生存的面貌，从元古宙开始地球上开始逐渐热闹起来了。
这一切都拜这些微生物所赐——进入大气中的氧气先是让原始的地球大气从还原状态变成了如今的氧化状态，随后在紫外线的照射下形成臭氧，大量的臭氧汇聚在地球平流层的顶端形成臭氧层，臭氧层的出现阻挡了大量直射在地表的紫外线，从此以后，生命们再也不需要海水的保护，它们在经过长时间的准备之后，开始登陆地表，把地球打扮的生机盎然。不过这都是很久以后的事情了，我们在后面的文章中会慢慢讲到。
如果把地球历史看成是12小时，这一事件发生在地球形成后5小时24分钟左右
参考文献
[1]王长乐,张连昌,刘利,代堰锫. 国外前寒武纪铁建造的研究进展与有待深入探讨的问题[J]. 矿床地质,2012,31(06):1311-1325.
[2]李延河,侯可军,万德芳,张增杰,乐国良. 前寒武纪条带状硅铁建造的形成机制与地球早期的大气和海洋[J]. 地质学报,2010,84(09):1359-1373.
[3]梅冥相,孟庆芬. 太古宙氧气绿洲:地球早期古地理重塑的重要线索[J]. 古地理学报,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.
