“雪球地球”新模型。受訪者供圖
■本報(bào)記者 張晴丹
7億年前至6億年前的地球，不像現(xiàn)在這樣美麗且充滿生機(jī)，它曾在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)處于冰封狀態(tài)，從兩極到赤道都被幾百米厚的冰層包裹，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去就像一個(gè)巨大的雪球。這便是著名的“雪球地球”理論。
“雪球地球”到底什么樣，又是如何形成的？對(duì)此，學(xué)術(shù)界存在很大爭(zhēng)議。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授童金南團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的“雪球地球”模型，修正了許多人推崇的全球冰封假說，認(rèn)為“雪球地球”時(shí)期中緯度和低緯度地區(qū)都存在開闊水域。這為當(dāng)時(shí)的宏體生物生存和演化提供了新證據(jù)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。
對(duì)全球冰封假說的質(zhì)疑
上世紀(jì)90年代，美國(guó)學(xué)者首次提出了“雪球地球”假說，認(rèn)為當(dāng)時(shí)全球氣溫低至零下50℃，地球經(jīng)歷了有史以來(lái)最極端的氣候事件。這個(gè)時(shí)期有過兩次大規(guī)模冰期，分別為新元古代的斯圖特冰期和馬里諾冰期。當(dāng)時(shí)，該假說非常火爆，但也飽受質(zhì)疑，面臨的最大問題是為什么有宏體生物幸存下來(lái)。
有化石證據(jù)表明，早在“雪球地球”之前，地球上就已經(jīng)有了宏體真核藻類，它們需要陽(yáng)光和開闊的水域才能活下去。盡管如此，它們還是安穩(wěn)度過了“雪球地球”時(shí)期。那么，它們?nèi)绾伟具^漫長(zhǎng)的不適宜生存的冰河時(shí)代？
2000年，有學(xué)者對(duì)“雪球地球”進(jìn)行氣候模擬研究，發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)期的海洋并未完全冰凍，提出在低緯度赤道地區(qū)存在開闊水域的觀點(diǎn)。但是，學(xué)術(shù)界對(duì)于冰凍和開闊水域的范圍，一直存在爭(zhēng)議。
“我們發(fā)現(xiàn)那時(shí)的地球上的確有一個(gè)宜居帶，而且比前人發(fā)現(xiàn)的更寬。”論文第一作者、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）研究員宋虎躍在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。
雙重證據(jù)支撐的新模型
在童金南團(tuán)隊(duì)這篇論文刊發(fā)前，“雪球地球”模型研究主要由國(guó)外學(xué)者主導(dǎo)。
“我們的研究有這么大的突破，是因?yàn)橛幸粋€(gè)關(guān)鍵人物——我的師兄、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授宋海軍。他提議在先前的研究基礎(chǔ)上提出我們自己的理論模型。”宋虎躍說。
童金南團(tuán)隊(duì)提出的“雪球地球”新模型表明，在6.35億年前，地球上存在的開闊水域比之前研究中提到的更為寬廣，在中緯度和低緯度地區(qū)都存在開闊水域，為海洋中的底棲宏體藻類提供了“避難所”。
這個(gè)新模型有古生物化石證據(jù)和地球化學(xué)證據(jù)支撐。
從2010年開始，童金南團(tuán)隊(duì)就圍繞湖北鄂西地區(qū)開展了數(shù)十次野外科考。后來(lái)，他們?cè)谖覈?guó)湖北省神農(nóng)架林區(qū)宋洛鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)了黑色頁(yè)巖里的重要化石證據(jù)——底棲宏體藻類。這被稱為宋洛生物群。
這層頁(yè)巖可以追溯到馬里諾冰期。研究人員認(rèn)為，黑色頁(yè)巖是中緯度地區(qū)富含有機(jī)質(zhì)的海洋沉積物，可能在北緯30度到40度之間。
宋虎躍本科和碩士階段的專業(yè)是化學(xué)專業(yè)，博士階段是古生物學(xué)與地層學(xué)專業(yè)，他的學(xué)術(shù)專長(zhǎng)是穩(wěn)定同位素分析技術(shù)開發(fā)和地球生物學(xué)應(yīng)用，利用氣體穩(wěn)定同位素手段恢復(fù)古環(huán)境。研究前期一直沒有特別大的進(jìn)展，直到他建立了地質(zhì)樣品多形態(tài)氮同位素分析方法后，對(duì)宋洛鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)的黑色巖層進(jìn)行氮同位素分析測(cè)試，才有了新的認(rèn)識(shí)。
“利用全巖和干酪根氮同位素結(jié)果，我們可以比較準(zhǔn)確地推斷出，當(dāng)時(shí)的海洋表層是一個(gè)有氧環(huán)境，進(jìn)一步證實(shí)中緯度地區(qū)并非完全冰封，存在光合生物可以茁壯成長(zhǎng)的開闊水域。”宋虎躍介紹。
期待揭示更多不為人知的奧秘
地質(zhì)研究是一項(xiàng)非常接地氣的工作。
“團(tuán)隊(duì)里所有人都曾在人跡罕至的山里徒步尋找化石、采集樣品。”宋虎躍說，“團(tuán)隊(duì)里的每個(gè)人都是寶。”
這篇文章的作者名單里，有7名年輕學(xué)者曾經(jīng)是童金南的學(xué)生，而且每個(gè)人的研究方向都不一樣。
在宋虎躍看來(lái)，導(dǎo)師童金南有前瞻性的眼光。“在培養(yǎng)博士研究生上，童老師眼光獨(dú)到。他讓每個(gè)學(xué)生各有專長(zhǎng)又交叉融合，都是‘老搭檔’，合作起來(lái)特別有默契，這有利于出好成果。”
例如，宋虎躍主要做沉積地球化學(xué)研究，安志輝主要做前寒武紀(jì)地層學(xué)研究，葉琴則是做前寒武古生物方向的研究，胡軍做冰期沉積研究，宋海軍在生物和環(huán)境演化等領(lǐng)域有所建樹。團(tuán)隊(duì)里每個(gè)人都有共同的科研理想，經(jīng)常在不同場(chǎng)合開展關(guān)于研究進(jìn)展的討論，頻繁的交流更易碰撞出靈感的火花。
有一次開組會(huì)時(shí)，宋虎躍與宋海軍聊到“雪球地球”話題。宋海軍當(dāng)即就大膽提了個(gè)想法，并拿鉛筆簡(jiǎn)單畫了一張圖，勾勒出可能存在的開闊水域，那便是“雪球地球”新模型的雛形。
這篇論文發(fā)表后，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。但相關(guān)研究并未就此畫上句號(hào)，團(tuán)隊(duì)仍有許多工作要開展。
“接下來(lái)，我們會(huì)深入做一些沉積地球化學(xué)方面的工作，也會(huì)在國(guó)內(nèi)外開展更多地質(zhì)調(diào)查，看其他地方有沒有相關(guān)化石證據(jù)。此外，我們也希望氣候模擬專家開展相應(yīng)的模擬工作，以揭示‘雪球地球’更多不為人知的奧秘。”宋虎躍說。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-023-37172-x
鏈接：科學(xué)網(wǎng)—6億多年前“雪球地球”上有“活水” (sciencenet.cn)
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2023-04-19 第1版 要聞)
鄂公網(wǎng)安備 42011102004169號(hào)
