“雪球地球”新模型。受访者供图
■本报记者 张晴丹
7亿年前至6亿年前的地球，不像现在这样美丽且充满生机，它曾在很长一段时间内处于冰封状态，从两极到赤道都被几百米厚的冰层包裹，远远看去就像一个巨大的雪球。这便是著名的“雪球地球”理论。
“雪球地球”到底什么样，又是如何形成的？对此，学术界存在很大争议。
中国地质大学（武汉）教授童金南团队提出了一种全新的“雪球地球”模型，修正了许多人推崇的全球冰封假说，认为“雪球地球”时期中纬度和低纬度地区都存在开阔水域。这为当时的宏体生物生存和演化提供了新证据。相关研究成果近日发表于《自然-通讯》。
对全球冰封假说的质疑
上世纪90年代，美国学者首次提出了“雪球地球”假说，认为当时全球气温低至零下50℃，地球经历了有史以来最极端的气候事件。这个时期有过两次大规模冰期，分别为新元古代的斯图特冰期和马里诺冰期。当时，该假说非常火爆，但也饱受质疑，面临的最大问题是为什么有宏体生物幸存下来。
有化石证据表明，早在“雪球地球”之前，地球上就已经有了宏体真核藻类，它们需要阳光和开阔的水域才能活下去。尽管如此，它们还是安稳度过了“雪球地球”时期。那么，它们如何熬过漫长的不适宜生存的冰河时代？
2000年，有学者对“雪球地球”进行气候模拟研究，发现这个时期的海洋并未完全冰冻，提出在低纬度赤道地区存在开阔水域的观点。但是，学术界对于冰冻和开阔水域的范围，一直存在争议。
“我们发现那时的地球上的确有一个宜居带，而且比前人发现的更宽。”论文第一作者、中国地质大学（武汉）研究员宋虎跃在接受《中国科学报》采访时表示。
双重证据支撑的新模型
在童金南团队这篇论文刊发前，“雪球地球”模型研究主要由国外学者主导。
“我们的研究有这么大的突破，是因为有一个关键人物——我的师兄、中国地质大学（武汉）教授宋海军。他提议在先前的研究基础上提出我们自己的理论模型。”宋虎跃说。
童金南团队提出的“雪球地球”新模型表明，在6.35亿年前，地球上存在的开阔水域比之前研究中提到的更为宽广，在中纬度和低纬度地区都存在开阔水域，为海洋中的底栖宏体藻类提供了“避难所”。
这个新模型有古生物化石证据和地球化学证据支撑。
从2010年开始，童金南团队就围绕湖北鄂西地区开展了数十次野外科考。后来，他们在我国湖北省神农架林区宋洛乡发现了黑色页岩里的重要化石证据——底栖宏体藻类。这被称为宋洛生物群。
这层页岩可以追溯到马里诺冰期。研究人员认为，黑色页岩是中纬度地区富含有机质的海洋沉积物，可能在北纬30度到40度之间。
宋虎跃本科和硕士阶段的专业是化学专业，博士阶段是古生物学与地层学专业，他的学术专长是稳定同位素分析技术开发和地球生物学应用，利用气体稳定同位素手段恢复古环境。研究前期一直没有特别大的进展，直到他建立了地质样品多形态氮同位素分析方法后，对宋洛乡发现的黑色岩层进行氮同位素分析测试，才有了新的认识。
“利用全岩和干酪根氮同位素结果，我们可以比较准确地推断出，当时的海洋表层是一个有氧环境，进一步证实中纬度地区并非完全冰封，存在光合生物可以茁壮成长的开阔水域。”宋虎跃介绍。
期待揭示更多不为人知的奥秘
地质研究是一项非常接地气的工作。
“团队里所有人都曾在人迹罕至的山里徒步寻找化石、采集样品。”宋虎跃说，“团队里的每个人都是宝。”
这篇文章的作者名单里，有7名年轻学者曾经是童金南的学生，而且每个人的研究方向都不一样。
在宋虎跃看来，导师童金南有前瞻性的眼光。“在培养博士研究生上，童老师眼光独到。他让每个学生各有专长又交叉融合，都是‘老搭档’，合作起来特别有默契，这有利于出好成果。”
例如，宋虎跃主要做沉积地球化学研究，安志辉主要做前寒武纪地层学研究，叶琴则是做前寒武古生物方向的研究，胡军做冰期沉积研究，宋海军在生物和环境演化等领域有所建树。团队里每个人都有共同的科研理想，经常在不同场合开展关于研究进展的讨论，频繁的交流更易碰撞出灵感的火花。
有一次开组会时，宋虎跃与宋海军聊到“雪球地球”话题。宋海军当即就大胆提了个想法，并拿铅笔简单画了一张图，勾勒出可能存在的开阔水域，那便是“雪球地球”新模型的雏形。
这篇论文发表后，受到了国内外的广泛关注。但相关研究并未就此画上句号，团队仍有许多工作要开展。
“接下来，我们会深入做一些沉积地球化学方面的工作，也会在国内外开展更多地质调查，看其他地方有没有相关化石证据。此外，我们也希望气候模拟专家开展相应的模拟工作，以揭示‘雪球地球’更多不为人知的奥秘。”宋虎跃说。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-023-37172-x
链接：科学网—6亿多年前“雪球地球”上有“活水” (sciencenet.cn)
《中国科学报》 (2023-04-19 第1版 要闻)
