二十亿年前的次石墨（shungite）矿是一种暴露于俄罗斯西北部的沉积岩，它记录了地球早期温和、富氧的证据。图片：K. Paiste。
次石墨是来自俄罗斯的20亿年前的一种独特的富含碳的沉积岩，它掌握了当时地球表面氧浓度的线索。在阿尔伯塔大学的库尔特·康豪瑟（Kurt Konhauser）教授和塔尔图大学的卡尔·基西马（Kalle Kirsimäe）教授的带领下，一个来自法国、挪威、俄罗斯和美国同事的国际研究小组发现，次石墨中钼、铀和铼的浓度非常高，并且钻芯中铀同位素比的升高。海洋沉积物中的这些微量金属只有在周围氧气含量很高的情况下才会出现。研究人员发现，这种痕量金属的浓度在地球早期的历史上是无与伦比的，这表明在沉积次石墨矿时氧的含量较高。
“令人困惑的是，人们普遍接受的地球碳和氧循环模型预测，次石墨矿沉积时氧气水平迅速下降。” 艾伯塔大学（University of Alberta）的博士候选人，也是该研究的主要作者曼德（Mänd）说。
大多数科学家都同意，大气中的氧气水平大约在24亿年前显着增加，这就是所谓的大氧化事件（GOE），到21亿年前左右，已达到现代水平的一半。GOE还伴随着沉积岩石中碳同位素比的变化。对科学家而言，这很贴切：碳同位素比率异常反映出海洋沉积物中大量的浮游生物作为有机物被掩埋，进而导致产生过量的氧气。但是普遍的理解是，在这段高浓度之后，氧气水平再次下降，并且在地球所谓的“中世纪”（earth's middle age）期间保持了将近十亿年的低水平。
“在塔尔图大学和塔林科技大学的支持下，我们从奥涅加湖地区获得了新鲜的岩心，这些岩心提供了一些最好的岩石档案资料，可以立即破译GOE之后的环境条件。” 基西马说。
曼德说：“我们发现的观点与普遍观点相矛盾，我们有明确的证据表明，在碳同位素异常结束后，大气中的氧气含量甚至进一步上升。这将迫使地球科学界重新思考推动地球早期碳和氧循环的因素。”
这些新发现对于理解复杂生命的演变也至关重要。地球的“中世纪”代表了真核生物的出现背景。真核生物是包括人类在内的所有复杂生命的先驱，通常需要在环境中保持较高的氧气水平才能生长。现在，这项工作加强了这样的建议，即存在比地球上早先认为的更长的时间，以适应早期地球上复杂生命的演化。因此，这些发现间接支持了康豪瑟教授参与的早期研究，这些研究揭示了可能存在真核的大型痕迹化石，其历史可追溯至21亿年前。
尽管取得了这些新进展，但氧的初始上升与真核生物的出现和辐射之间的延迟仍然是一个活跃的研究领域。塔尔图大学和阿尔伯塔大学的研究人员都可以很好地帮助回答这一问题。
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