一个国际团队通过研究远古微生物化石——叠层石发现，大约27.5亿年前，活跃的火山活动和海底地热活动将大量的铵带到海洋表层，再通过一些化学作用过程，为微生物提供充足的氮元素。这可能促进了海洋生物进化，推动地球发生“大氧化事件”。

叠层石是地球上最古老的化石之一，由蓝细菌等微生物沉积形成，记录了早期生命活动。由英国、德国和南非等多国研究人员组成的团队报告说，他们分析了津巴布韦南部出土的叠层石，通过其中的氮-15同位素含量追溯早期的氮循环，得出了以上结论。论文发表在英国《自然-通讯》杂志上。

氮是地球大气中含量最多的元素，动植物体中的蛋白质都含有氮，而最重要的含氮矿物是硝酸盐。氮有两种天然同位素：氮-14和氮-15，其中氮-14的丰度超过99%。

生物在两种同位素中偏好氮-14。陆地微生物吸收大气中的氮，因此陆地有机物中氮-14更多，氮-15偏少；海洋微生物在无氧条件下通过反硝化作用，将硝酸盐/亚硝酸盐转化成一氧化氮和氮气释放到大气中，更多的氮-14在此过程中进入大气，留下的有机物中氮-15含量相对较高。此前人们发现，形成于28亿年前至26亿年前的地质沉积物中，氮-15含量异常高，这可能就是微生物繁荣导致的。

新研究显示，这批叠层石形成于27.5亿年前至27.3亿年前，其中的氮-15含量显著高于标准值，与当时的全球状况一致；而同期的深海页岩中氮-15的含量比标准值要低。在这一时期，地球表面绝大部分是海洋，地幔翻转造成了剧烈的火山活动和海底热液活动。

研究人员认为，这些地质活动使富含铵的深海海水上升到表层，同时带来更多铜、钼、锌等对生物有用的元素，为浅海微生物的繁荣创造有利条件。微生物光合作用为随后发生的“大氧化事件”即大气中的游离氧含量突然增加打下基础，并可能促进了海洋生物进化及生物多样性发展。

早期大气中不含游离氧，微生物光合作用产生的氧气迅速被还原性物质破坏、消耗。大约在26亿年前，大气氧含量突然增加，永久改变了地球环境和生物圈，而海洋微生物繁荣则被认为是增加氧气供给的一个重要原因。