中國(guó)教育報(bào)訊（記者 程墨 通訊員 孫彥欽）1月6日，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)微生物與環(huán)境全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳中強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合英國(guó)?？巳卮髮W(xué)、南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)，在《自然·地球科學(xué)》（Nature Geoscience）發(fā)表研究成果。該研究通過(guò)前沿的數(shù)值模擬方法，首次系統(tǒng)揭示了約5.8億年前地球海洋氧化過(guò)程的非線性特征，指出全球海洋曾經(jīng)歷劇烈而規(guī)律的周期性“氧化脈沖”。

研究的核心突破在于成功構(gòu)建并應(yīng)用了“自持振蕩”數(shù)值模型。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地模擬了埃迪卡拉紀(jì)中期的“磷—氧—碳”（P-O-C）生物地球化學(xué)循環(huán)，將5.79億年前的“加斯基爾斯冰期”與其前后的全球性增氧事件直接動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)。模型結(jié)果表明，當(dāng)時(shí)的地球系統(tǒng)處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，能夠在缺氧與富氧兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間發(fā)生周期性振蕩，周期約為500萬(wàn)年，且在約2000萬(wàn)年內(nèi)至少規(guī)律性地發(fā)生了3次。

研究將這一過(guò)程形象地比喻為“蹺蹺板”機(jī)制：在富氧階段，關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素磷被鎖在海底沉積物中，抑制了后續(xù)的初級(jí)產(chǎn)氧生產(chǎn)；氧氣水平的下降又導(dǎo)致磷被重新釋放回海水，為下一輪生物繁榮和產(chǎn)氧激增準(zhǔn)備了“燃料”，從而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。這種由系統(tǒng)內(nèi)部反饋驅(qū)動(dòng)的“自持振蕩”，是首次通過(guò)數(shù)值模擬在該關(guān)鍵地質(zhì)時(shí)期得到清晰揭示和驗(yàn)證。

該模擬研究首次為早期復(fù)雜生命的“爆發(fā)式”出現(xiàn)提供了動(dòng)態(tài)環(huán)境背景框架。模型顯示的3次氧氣脈沖高峰期，在時(shí)間上與全球最早一批復(fù)雜多細(xì)胞生物群（如我國(guó)的“藍(lán)田生物群”“甕安生物群”等）的繁盛期高度吻合。這表明，是地球系統(tǒng)自身的周期性振蕩，而非緩慢的線性增氧，為生命復(fù)雜化創(chuàng)造了關(guān)鍵的“機(jī)會(huì)窗口”。

陳中強(qiáng)指出：“地球從長(zhǎng)期缺氧向富氧狀態(tài)的過(guò)渡，并非平靜的‘漸變’，而是必然要經(jīng)歷一個(gè)充滿劇烈波動(dòng)的‘動(dòng)蕩青春期’。數(shù)值模擬幫助我們捕捉到了這一系統(tǒng)轉(zhuǎn)換期的本質(zhì)規(guī)律?！?/p>