極目新聞記者 肖楊

通訊員 孫彥欽 趙婧萱

(資料圖片)

4月4日，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）童金南教授團(tuán)隊研究成果——《馬里諾雪球地球晚期中緯度存在海洋真核藻類的宜居環(huán)境》在《自然·通訊》雜志在線發(fā)表，并被《自然》編輯部選為亮點論文進(jìn)行報道。該研究進(jìn)展為認(rèn)識和理解雪球地球時期生物如何生存和演化這一關(guān)鍵科學(xué)問題提供了新的認(rèn)識。論文第一作者和通訊作者為該校生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室宋虎躍研究員。

在距今6-7億年以前，地球發(fā)生過兩次極為漫長和嚴(yán)重的冰凍事件，分別是新元古代的斯圖特（Sturtian）冰期和馬里諾（Marinoan）冰期。在這兩次事件中，地球表層冰蓋迅速擴(kuò)張至低緯度赤道地區(qū)，形成了全球冰封的局面，這一狀態(tài)持續(xù)了數(shù)千萬年之久，是地質(zhì)歷史上最嚴(yán)重的冰室氣候事件，這就是著名的“雪球地球”時期。新元古代的“雪球地球”事件對早期生命演化起著關(guān)鍵性作用，隨著雪球地球的消亡，海洋快速增氧，早期動物開始出現(xiàn)。

當(dāng)前，國際學(xué)者對雪球地球的模式和成因仍存在很大的爭議，主要存在兩種主流學(xué)術(shù)觀點：一種觀點認(rèn)為雪球地球時期全球冰封，在低緯度冰蓋表層可能存在冰錐或冰洞；另外一種觀點認(rèn)為“雪球地球”并非全球冰封，氣候模擬結(jié)果顯示低緯度赤道地區(qū)存在開放水域。然而，這兩種假說都不能很好地解釋“雪球地球”時期生物如何生存和演化這一關(guān)鍵科學(xué)問題。

童金南教授團(tuán)隊的葉琴博士，于2015年在《地質(zhì)學(xué)》雜志上報道了產(chǎn)自神農(nóng)架地區(qū)宋洛剖面南沱組（6.35億年前，馬里諾冰期時期）黑色頁巖地層中的宏體碳質(zhì)壓膜化石，其中部分被解釋為底棲宏體藻類，被稱為“宋洛生物群”，填補(bǔ)了成冰紀(jì)雪球地球時期宏體古生物化石的空白，但是“宋洛生物群”的古海洋環(huán)境背景是怎樣的？在“雪球地球”中如何為生物提供宜居場所？這些科學(xué)問題都尚未解決。

宋洛剖面古地理位置和宋洛生物群產(chǎn)出層位

為此，宋虎躍研究員聯(lián)合國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對湖北省神農(nóng)架地區(qū)“宋洛生物群”產(chǎn)出層位（黑色頁巖層）和相鄰的冰磧巖層位開展系統(tǒng)的碳同位素、氮同位素、鐵組分沉積地球化學(xué)研究，旨在揭示同時期的古環(huán)境特征。鐵組分?jǐn)?shù)據(jù)顯示當(dāng)時的底層水體為缺氧環(huán)境，全巖和干酪根氮同位素結(jié)果顯示海洋中存在完整的有氧氮生物地球化學(xué)循環(huán)過程，指示表層海水為有氧環(huán)境。

與前人的研究結(jié)果不同，黑色頁巖層位較高的有機(jī)碳含量和有機(jī)碳同位素組成指示相對較高的初級生產(chǎn)力水平。依據(jù)相關(guān)研究恢復(fù)的成冰紀(jì)全球古地理圖，“宋洛生物群”所在的宋洛剖面位于北半球中緯度地區(qū)（北緯30-40度之間）。綜合古生物化石和地球化學(xué)證據(jù)，本研究對此前的雪球地球模型進(jìn)行修訂，提出了一個中——低緯度地區(qū)同時存在開闊海水環(huán)境的新“雪球地球”模型，擴(kuò)張的有氧開闊水域為成冰紀(jì)需氧底棲宏體藻類的演化提供了宜居環(huán)境。

開闊有氧水域擴(kuò)張至中緯度地區(qū)的“雪球地球”新模型

該成果由童金南教授團(tuán)隊宋虎躍研究員與中國、英國、美國相關(guān)學(xué)者聯(lián)合研究完成，得到了國家自然科學(xué)基金委、中國地質(zhì)調(diào)查局、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室等單位支持。

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