一層薄薄的黑色頁巖，藏著馬里諾冰河時代生物生存和演化的奧秘。

日前，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授童金南團隊研究發(fā)現(xiàn)，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。此前，科研人員僅利用計算機氣候模擬推測在赤道周圍地區(qū)存在無冰區(qū)。

耗時4年，該團隊深入神農(nóng)架地區(qū)一個偏遠地點通過收集當?shù)貥颖?，在生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室的穩(wěn)定同位素平臺，開展分析方法開發(fā)和樣品測試工作，只為尋找古生物的“生態(tài)避難所”。這有助于人們認識和理解“雪球地球”時期生物如何生存、演化這一關(guān)鍵科學(xué)問題。

從太空看，地球被70%以上的湛藍海水覆蓋，像一顆藍色星球。它并不是一直這么暖，也曾被白皚皚的冰川嚴嚴實實包裹過，看上去就像一個白色的“雪球”。

“雪球”指的是地球出現(xiàn)的極端冷氣候事件，氣溫低到零下40℃至零下50℃，冰川從極地一直蔓延到低緯度地區(qū)甚至赤道。

圖源：視覺中國

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室研究員宋虎躍告訴科普時報記者，這樣極端的冰室氣候，在地球46億年的歷史中出現(xiàn)過5次，即太古代休倫大冰期、成冰紀大冰期、早古生代大冰期、晚古生代大冰期和第四紀大冰期（258萬年前）。其中，地球在前寒武紀距今7.5億到5.8億年前，曾經(jīng)歷一次極其嚴重而漫長的冰河時代，全球先后出現(xiàn)了多次冰期。其中，當屬斯圖特冰期和馬里諾冰期最為漫長，且地球表層冰蓋迅速擴張至低緯度赤道地區(qū)，形成了全球冰封的局面，因此被稱為“雪球地球”時期。當時不僅陸地全部被冰川覆蓋，海洋表面也幾近被完全凍結(jié)。

“‘雪球地球’這一特殊氣候事件對地球生命演化起著重要的作用，隨著它的結(jié)束，海洋中的氧氣濃度迅速上升，早期動物開始出現(xiàn)。”宋虎躍說，但“雪球地球”時期的古海洋環(huán)境狀態(tài)及其變化卻鮮為人知。

一直以來，科研人員對“雪球地球”的模型存在爭議。一種觀點認為，雪球地球是個“硬雪球”，整個地球海洋表面覆蓋著高達1千米厚的冰層。

另一種觀點認為“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?！叭欢?，這兩種假說都不能很好地解釋‘雪球地球’時期生物如何生存演化這一關(guān)鍵科學(xué)問題。”童金南說。

2015年，童金南教授團隊的葉琴博士在《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”。“宋洛生物群”生活在6.35億年前的馬里諾冰期時期，填補了成冰紀“雪球地球”時期宏體古生物化石的空白。然而，“宋洛生物群”與同期海洋環(huán)境條件之間的關(guān)系是怎樣的？彼時生物是如何生存的？

宋洛剖面古地理位置和宋洛生物群產(chǎn)出層位 圖源：中國地質(zhì)大學(xué)武漢

宋虎躍聯(lián)合國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對“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、鐵組分等沉積地球化學(xué)研究，推斷海洋底層海水和表層海水的氧化還原狀態(tài)。

“雖然研究發(fā)現(xiàn)的鐵組分數(shù)據(jù)表明底層水主要是貧氧—缺氧的，但黑色頁巖層的有機質(zhì)氮同位素值偏重且與現(xiàn)代開闊海洋的相關(guān)值接近，意味著海水表層存在有氧的氮循環(huán)過程和顯著的硝酸鹽庫，這些條件對初級生產(chǎn)力的提升起到積極作用?！彼位④S認為，結(jié)合“宋洛生物群”的古生物學(xué)數(shù)據(jù)和地球化學(xué)結(jié)果，在馬里諾冰期的減弱階段，生物地球化學(xué)循環(huán)是活躍的，且適合需氧真核生物的海洋環(huán)境可能普遍存在。此外，他還發(fā)現(xiàn)南沱組發(fā)育多個巖性旋回，可能代表馬里諾冰川是動態(tài)的。

開闊有氧水域擴張至中緯度地區(qū)的“雪球地球”新模型 圖源：中國地質(zhì)大學(xué)武漢

綜合古生物化石和地球化學(xué)證據(jù)，研究人員對此前的“雪球地球”模型進行修訂，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，將“生命的綠洲”從赤道擴大為更為寬闊的海域?！皵U張的有氧開闊海洋環(huán)境為底棲真核藻類的生存和演化提供了重要的宜居環(huán)境，使得這些生物在冰期得以延續(xù)，并在‘雪球地球’結(jié)束之后快速繁榮?！彼位④S說。