11月26日，国际知名期刊《Nature Communications》上在线发表了一项以“An expansive global oxygenation of Earth’s surface environments 1.4 billion years ago. （14亿年前地球系统发生了大规模全球性氧化）”为题的重磅研究成果。中国地质大学（北京）地球科学与资源学院闫浩副教授为第一作者，徐林刚教授和毛景文院士为通讯作者，联合国内外多所高校及科研机构学者，创新性地将沉积锰矿与钼同位素（δ⁹⁸Mo）相结合，获得了地质历史关键节点的全球海水钼同位素数据，证实了14亿年前曾发生全球性大规模增氧事件，为破解中元古代大气-海洋氧化协同性这一地球科学前沿难题提供了关键证据。

地球生命的演化与氧气水平深度耦合。中元古代（16–10亿年前）曾被认为是地球历史上“沉积的十亿年”，但最新研究已证实其大气氧含量已显著高于传统认知（图1a）。但，受限于当时失衡的大气-海洋氧循环体系，中元古代大气增氧是否同步驱动全球海洋协同氧化这一核心科学问题长期悬而未决（图1b）。现有的地球化学指标多反映了局部增氧信号，难以判断其全球属性，严重制约了对该时期在地球氧气演化史中重要性的深度理解。

钼（Mo）作为氧化还原敏感元素，具有全球均一分布的特征，因此其同位素组成（δ⁹⁸Mo）是重建全球古海洋氧化还原状态的理想指标。然而，硫化页岩作为记录海水钼同位素有效载体在中元古代的缺失，致使相关数据库长期空白（图1d）。因此，寻找新的岩石载体，将成为破解上述难题的重要突破口。

图1前寒武纪地球系统的协同演化

鉴于锰的氧化还原敏感性及沉积锰矿的广泛分布（图1e），其具备示踪全球海洋环境的潜力。针对上述科学问题，本研究选取华北燕辽盆地14.5亿年前铁岭组瓦房子锰矿床作为研究对象，在已明确的矿床成因和岩相学基础上（闫浩等, 2024, AM），引入现代大洋铁锰氧化物反演海水钼同位素的方法（Goto et al., 2020, GCA），开展了以钼同位素为核心的多体系地球化学分析。

该研究取得系列突破性成果：

首次精准重建了14.5亿年前全球海水的钼同位素值为+1.72‰，显著高于中元古代海水的背景值（+1.20‰）；提出的模型模拟进一步揭示，当时全球氧化海洋面积高达80%，远超传统认为的小于50%（图2a）。更为关键的是，结合张水昌院士团队在14–13.5亿年前发现的全球增氧信号（张水昌等, 2022, 中国科学），本研究首次系统构建了中元古代中期（14.5–13.5亿年前）持续时间长达1亿年的全球性增氧过程框架，并创新性提出，该时期的系统性氧合过程为后续新元古代剧烈的氧化事件奠定了基础（图2b）。

图2（a）钼同位素质量平衡模拟结果；（b）中元古代大气与全球海洋氧化还原框架

这一发现不仅填补了中元古代海水钼同位素数据的长期空白，更凸显了沉积型矿产作为一种新兴载体，在重建古海洋环境演化过程中所具有的重要潜力，为探索地球宜居性演化提供了新视角。

参与此研究的还有中国地质大学（北京）汤冬杰教授和秦政博士、长安大学杨秀清教授，广西大学黄钦讲师、中科院广州地化所李杰研究员、阿尔伯塔大学李龙教授和Kurt O. Konhauser教授、南丹麦大学Donald E. Canfield教授、滑铁卢大学Brian Kendall教授，里贾纳大学Leslie J. Robbins副教授和湖首大学李智泉助理教授。另感谢中国地质大学（北京）徐东滔博士给予的大力帮助。

该研究得到了国家重点研发计划（2024YFF0810200）、国家自然科学基金（42172080，42202071，42572099）和中国科协青年人才托举工程（2023QNRC001）项目的资助。

论文信息：Hao Yan, Zheng Qin, Lingang Xu*, Jingwen Mao*, Dongjie Tang, Qin Huang, Xiuqing Yang, Zhiquan Li, Jie Li, Long Li, Leslie J. Robbins, Brian Kendall, Donald E. Canfield & Kurt O. Konhauser. An expansive global oxygenation of Earth’s surface environments 1.4 billion years ago. Nature Communications, 16, 10535 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65551-z

全文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65551-z