7亿年前 谁让“雪球地球”解冻

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数千英里的冰冷蓝色水球变成了雪白的冰球...像这样的全球冰冻不仅仅是《漫游地球》中的一个科幻场景，而是发生在现实世界中的一个真实事件。

最近，中国科学院南京地质古生物研究所研究员周传明带领的新元古代研究团队，准确地定义了华南冰期的Studt冰期和marino冰期的结束时间，为新元古代冰川融化的瞬时性和全球等时性提供了直接证据。这项研究发表在著名的国际地球科学杂志《地质学》上。

地质史上最严重的冰室气候事件——雪球地球——是如何发生的？在历史上，地球还遇到过其他什么严重的冰室气候事件？研究这些极端天气事件对我们现在面临的温室效应有什么意义？《科技日报》记者带着问题走访了中国科学院南京地质古生物研究所的相关专家。

超大陆的分裂导致了温度的突然下降

雪球地球是全球冰冻现象，是美国科学家约瑟夫·科什文科在20世纪90年代初提出的概念。它在地球历史上至少出现过三次。

根据科学界的说法，在6亿至7亿年前的冰河时期，地球经历了两次雪球事件，即斯图特冰河时期和马里诺冰河时期。

那时，冰川作用扩展到赤道，地表非常寒冷，地球的平均温度下降到零下50摄氏度。受极端天气影响，全球海洋完全冻结，冰盖厚度可达数千米。这种状态持续了数千万年，是地质史上最严重的冰室气候事件，当时的地球因此被称为“雪球地球”。

“关于斯图特冰河时代的原因，根据现有的研究，当罗迪尼亚超大陆破裂时，强烈的化学风化作用消耗了大量的二氧化碳，导致温度急剧下降。”周传明说。

根据“雪球地球”假说，在“雪球地球”事件期间，虽然地表气温发生了变化和波动，但长期严寒条件导致海洋完全冻结，地表水-空气交换严重受阻，地表风化和海洋生物固碳几乎停滞不前，火山排放的大量二氧化碳聚集在大气中。当二氧化碳的浓度达到现代浓度的350倍左右时，全球冰盖将不再能够在强烈的温室效应面前支撑并立即瓦解。

此前，国内外研究专家对“雪球地球”的终结做了大量的工作，但仍然缺乏高精度的数据，不足以证实这一假设。

这一次，中美联合研究小组通过对中国南方两个成冰地层的高精度沉积物年代测定，准确地确定了“雪球地球”结束的“年龄”。研究人员测定了贵州东部斯图特冰河时期上方的凝灰岩样本的年代，发现斯图特冰河时期的结束时间是6.588亿年前。滇东圣马力诺冰河期顶部凝灰岩的沉积年龄为6.346亿年前，与湖北宜昌以前类似的测年结果基本一致，表明圣马力诺冰河期结束于6.35亿年前。

“中国南方的年代地层数据与以前在其他地区进行的年代研究非常一致。这进一步证实了‘雪球地球’的终结正在全球范围内发生，并且正在迅速发展。”周传明说。

冰室中的气候事件促进了生物的快速进化

既然地球已经被“瞬间速冻”，为什么生物可以继续进化？

俗话说，“旧的不会去，新的不会来”，科学家们发现，严酷的冰川事件已经成为地球上生命进化的重要推动力。

2018年，新元古代研究团队成员郎·郭喜安博士和北京大学研究员沈冰对中国南方冰川期圣马力诺冰川沉积记录——南沱组进行了系统的沉积学研究。在广西、贵州和湖南，他们发现的黄铁矿聚集体成为有力的证据。这个金黄色的球形结核是在冰川融化时在海洋中形成的，记录了重要的地质信息。

海洋中的硫酸根离子被硫酸盐还原菌还原生成硫化氢，硫化氢与铁反应生成黄铁矿朗·郭喜安说，这意味着“雪球地球”之后还有活跃的微生物活动。

没有氧气和适当的温度，生命就无法存在。“‘雪球地球’是一个重要的节点。经过极寒极热之后，大自然有足够的氧气和适合生命的气候条件。”朗郭喜安说。硫酸盐还原菌和蓝细菌是最大的贡献者。前者沉积和掩埋黄铁矿以增加氧浓度，而后者可以吸收二氧化碳并随着风化使地球变冷。雪球融化过程中活跃的微生物活动使全球氧气和二氧化碳浓度随着时间的推移达到适当的水平，为生物体的出现创造了有利条件。

专家认为，“雪球地球”事件后的环境为真核生物的大发展带来了机遇。例如，温暖的浅海、空多样化的生态位、富含无机营养物的海水、不断上升的氧含量和生物遗传物质的快速变异，都可能是真核生物快速进化的重要条件。蓝田生物群和瓮安生物群主要由多细胞真核生物组成，发现于中国南方，出现于马里诺冰期之后。

可以想象，如果没有雪球地球事件，也许我们的地球仍将处于原核生物时代。就像恐龙没有灭绝一样，也许哺乳动物，包括我们人类，不可能有今天的繁荣和发展。

因此，从客观的角度来看，这一极端寒冷的事件促进了从简单生命到复杂生命的快速进化，这是地球生命进化史上不可或缺的一环。

极端气候深刻地影响着地球的生物圈

除了全球冰川事件，如斯图特冰河时代和马里诺冰河时代，地球上还有许多小冰期，如奥陶纪冰河时代、石炭纪冰河时代和第四纪冰河时代。每个冰河时代都是一个重要的转折点，它对地球的生物圈和生存环境有着深远的影响。

那么，历史上地球冷暖交替对当今世界关注的全球变暖问题有什么意义呢？

“从长远来看，整个海洋和陆地系统最终将恢复稳定状态，因为我们已经在40亿年的地质演化历史中找到了证据。”Xi·郭喜安告诉记者，“但是在短时间内，温室效应和全球变暖仍然是我们不能忽视的问题。”

科学家认为，首先，地球有很强的自我调节能力。从“Tai/きだよ 0号”的远处看，地球被蓝色海洋所占据，蓝色海洋约占地球表面积的71%。海洋不仅能有效调节水汽循环，还能缓冲和调节众所周知的温室气体二氧化碳。

其次，在历史上的大部分时间里，地球都是温室气候。“例如，每个人都知道恐龙生活在白垩纪，两极没有冰。”Xi·郭喜安说，目前，地球大气中的二氧化碳浓度约为400ppm，在小冰期结束时，地球大气中的二氧化碳浓度可达1,000 ppm左右，表明地球仍处于相对寒冷的时期。

然而，一些专家认为，地球目前正处于第四纪大冰期末期的间冰期(所谓的间冰期是两个冰期之间相对温暖的时期)，并可能很快进入下一个冷冰期。

周传明说，全球极端环境变化带来了冰川事件前后明显的生物特征演替，这是地质历史发展过程中不可阻挡的浪潮。灾难发生后，地球依靠其强大的自我调节能力，如海洋系统和陆地风化系统，可以缓冲温室气体的增长或其他自然环境条件的波动，从而再现生物大繁荣。(记者张伟实习生季天宇)

编辑:计然