一项对南非约23亿至22.5亿年前沉积岩的研究，为地球早期大气氧气如何起伏提供了新的解释。研究人员分析了南非德兰士瓦超群的钻芯样本，发现海洋中的磷循环与氧化还原状态、硫酸盐变化彼此牵动；结合生物地球化学模型，他们认为这些反馈可能导致大氧化事件期间的大气氧含量反复剧烈变化，同时推动地球逐步转向持久含氧的大气环境。
地球大气首次显著增氧发生在约24.3亿至20.6亿年前，通常称为“大氧化时期”。氧气出现并不意味着此后大气立刻稳定：这一阶段还经历剧烈气候变化和多次冰期，海洋的化学环境以及生命可利用的营养物质也随之改变。磷是生命生长所需的关键元素，但岩石中检测到的总磷，并不等于古代生物能够利用的磷。
研究团队采用磷形态分级方法，逐步溶解岩石中的不同矿物，区分与铁结合、成岩生成、有机结合以及主要来自碎屑的结晶磷等组分，据此判断哪些磷可能在古海洋中可被生物利用。样本显示，冰期结束后增强的风化作用可能将更多磷带入海洋，促进生物生产力；随后，海洋含氧状态与硫酸盐供应的改变，又影响沉积物中有机物分解和磷的再循环。磷重新进入海水，可能为更多生物生长提供条件。
这一过程会反过来影响大气氧气。生物生产力上升后，更多有机碳可能沉积并埋藏在海底；如果这些碳没有在分解过程中重新消耗氧气，便有更多氧气得以净累积。研究团队据此提出，风化输入、磷再循环、海洋氧化还原状态和硫酸盐之间形成了反馈链条，但反馈并非平稳地把氧气维持在固定水平，而可能造成数千万年尺度上的明显波动。论文的模型结果支持这种解释，但古大气变化仍是根据岩石地球化学记录和模型重建，而非直接测量。
研究发表于《自然·通讯》。作者指出，这一机制有助于解释氧气、营养盐和早期生命如何共同演化，也提示氧气并非影响复杂生命出现的唯一条件。研究还可能为理解现代海洋缺氧提供历史参照：若海水氧含量下降，磷的可利用性和海洋生产力也可能随之改变。不过，古地质时期的反馈关系不能直接等同于现代生态系统的具体预测。