长江日报大武汉客户端1月7日讯（记者杨佳峰 通讯员孙彦钦）5.8亿年前，古老地球并非缓慢地线性增加氧气，而是像青春期的孩子一样有些叛逆，在富氧和缺氧间反复振荡，导致海洋多细胞生物大爆发。1月6日，中国地质大学（武汉）微生物与环境全国重点实验室陈中强教授团队在《自然·地学》（Nature Geoscience）发表研究成果，系统揭示了古老地球海洋氧化过程的这一非线性特征，为生命复杂化创造了关键的“机会窗口”。

模型状态从稳定缺氧转变为极限循环波动。

陈中强教授团队在研究中构建并应用了“自持振荡”数值模型，创新性地模拟了埃迪卡拉纪中期的“磷—氧—碳”（P-O-C）生物地球化学循环，将5.79亿年前的“加斯基尔斯冰期”与其前后的全球性增氧事件直接动力学关联。

模型结果表明，当时的地球系统处于一种不稳定状态，能够在缺氧与富氧两个稳态之间发生周期性振荡，周期约为500万年，且在约2000万年内至少规律性地发生了三次“氧化脉冲”。

埃迪卡拉纪中期碳—铀同位素的地层变化及同时期化石记录汇总。

陈中强将这一过程形象地比喻为“跷跷板”机制：在富氧阶段，关键营养元素磷被锁在海底沉积物中，抑制了后续的初级产氧生产；氧气水平的下降又导致磷被重新释放回海水，为下一轮生物繁荣和产氧激增准备了“燃料”，从而驱动系统进入下一个循环。

这一研究结果在澳大利亚西北部岩石上找到实证。团队从这些岩层中提取了碳、铀等同位素数据，发现了清晰且同步的“碳降铀升”信号模式。

地球系统碳－氧－磷－铀（C-O-P-U）耦合系统状态示意图。

“模型结果与地质记录的高度吻合，证实了‘氧气脉冲’并非随机事件，而是当时地球系统内在不稳定性的必然表现。”团队中的李子珩博士强调，数值模拟不仅能解释我们观测到的同位素信号，还能预测并重现这种周期性波动的内在逻辑。

陈中强教授告诉记者，模型显示的三次氧气脉冲高峰期，在时间上与全球最早一批复杂多细胞生物群，如我国的“蓝田生物群”“瓮安生物群”等的繁盛期高度吻合。这表明，是地球系统自身的周期性振荡，而非缓慢地线性增加氧气，为生命复杂化创造了关键的“机会窗口”。

海洋富氧与缺氧交替的“氧化脉冲”状态，最终演进为宜居地球，为动物的诞生与演化奠定了基础。 徐涵 绘

“这项研究从根本上改变了我们的认识——古老地球上氧气并非只是逐步增多。”陈中强介绍，“地球从长期缺氧向富氧状态的过渡，并非平静的‘渐变’，而是必然要经历一个充满剧烈波动的‘动荡青春期’。”

陈中强表示，“自持振荡”数值模型框架不仅仅是对特定地质事件的重建，更构建了一个理解复杂地球系统行为的通用框架。它能将复杂地球系统简化为由关键物质循环构成的微分方程组，让地球的动态行为对应方程解的稳定性特征，为认识当代地球系统演变提供重要启示。

【编辑：丁翾】