“雪球”科学家提出6.35亿年前“雪球地球”新模型

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4月4日，中国地质大学（武汉）教授童金南团队研究成果——《马里诺雪球地球晚期中纬度存在海洋真核藻类的宜居环境》在《自然—通讯》杂志在线发表，并被《自然》编辑部选为亮点论文进行报道。该研究进展为认识和理解雪球地球时期生物如何生存和演化这一关键科学问题提供了新的认识。

论文第一作者和通讯作者为该校生物地质与环境地质国家重点实验室研究员宋虎跃。

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开阔有氧水域扩张至中纬度地区的“雪球地球”新模型 课题组供图

在距今6-7亿年以前，地球发生过两次极为漫长的冰冻事件，分别是新元古代的斯图特（Sturtian）冰期和马里诺（Marinoan）冰期。在这两次事件中，地球表层冰盖迅速扩张至低纬度赤道地区，形成了全球冰封的局面，这一状态持续了数千万年之久，是地质历史上最严重的冰室气候事件，这就是著名的“雪球地球”时期。新元古代的“雪球地球”事件对早期生命演化起着关键性作用，随着雪球地球的消亡，海洋快速增氧，早期动物开始出现。

当前，国际学者对雪球地球的模式和成因仍存在争议。一种观点认为雪球地球时期全球冰封，在低纬度冰盖表层可能存在冰锥或冰洞；另外一种观点认为“雪球地球”并非全球冰封，气候模拟结果显示低纬度赤道地区存在开放水域。然而，这两种假说都不能很好地解释“雪球地球”时期生物如何生存和演化这一关键科学问题。

中国地质大学（武汉）博士叶琴于2015年在《地质学》杂志上报道了产自华南神农架地区宋洛剖面南沱组（6.35亿年前，马里诺冰期时期）黑色页岩地层中的宏体碳质压膜化石，其中部分被解释为底栖宏体藻类，被称为“宋洛生物群”，填补了成冰纪雪球地球时期宏体古生物化石空白。但是“宋洛生物群”的古海洋环境背景是怎样的？在“雪球地球”中如何为生物提供宜居场所？这些科学问题都尚未解决。

为此，宋虎跃联合国内外相关学者对湖北省神农架地区“宋洛生物群”产出层位（黑色页岩层）和相邻的冰碛岩层位开展系统的碳同位素、氮同位素、铁组分沉积地球化学研究，旨在揭示同时期的古环境特征。铁组分数据显示当时的底层水体为缺氧环境，全岩和干酪根氮同位素结果显示海洋中存在完整的有氧氮生物地球化学循环过程，指示表层海水为有氧环境。

与前人的研究结果不同，黑色页岩层位较高的有机碳含量和有机碳同位素组成指示相对较高的初级生产力水平。依据相关研究恢复的成冰纪全球古地理图，“宋洛生物群”所在的宋洛剖面位于北半球中纬度地区（北纬30-40度之间）。综合古生物化石和地球化学证据，本研究对此前的雪球地球模型进行修订，提出了一个中—低纬度地区同时存在开阔海水环境的新“雪球地球”模型，扩张的有氧开阔水域为成冰纪需氧底栖宏体藻类的演化提供了宜居环境。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37172-x

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