一層薄薄的黑色頁(yè)巖，藏著馬里諾冰河時(shí)代生物生存和演化的奧秘。

日前，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授童金南團(tuán)隊(duì)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(lèi)的宜居環(huán)境。此前，科研人員僅利用計(jì)算機(jī)氣候模擬推測(cè)在赤道周?chē)貐^(qū)存在無(wú)冰區(qū)。

耗時(shí)4年，該團(tuán)隊(duì)深入神農(nóng)架地區(qū)一個(gè)偏遠(yuǎn)地點(diǎn)通過(guò)收集當(dāng)?shù)貥颖荆谏锏刭|(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的穩(wěn)定同位素平臺(tái)，開(kāi)展分析方法開(kāi)發(fā)和樣品測(cè)試工作，只為尋找古生物的“生態(tài)避難所”。這有助于人們認(rèn)識(shí)和理解“雪球地球”時(shí)期生物如何生存、演化這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

從太空看，地球被70%以上的湛藍(lán)海水覆蓋，像一顆藍(lán)色星球。它并不是一直這么暖，也曾被白皚皚的冰川嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)包裹過(guò)，看上去就像一個(gè)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(jué)中國(guó)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員宋虎躍告訴科普時(shí)報(bào)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(guò)5次，即太古代休倫大冰期、成冰紀(jì)大冰期、早古生代大冰期、晚古生代大冰期和第四紀(jì)大冰期（258萬(wàn)年前）。其中，地球在前寒武紀(jì)距今7.5億到5.8億年前，曾經(jīng)歷一次極其嚴(yán)重而漫長(zhǎng)的冰河時(shí)代，全球先后出現(xiàn)了多次冰期。其中，當(dāng)屬斯圖特冰期和馬里諾冰期最為漫長(zhǎng)，且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，因此被稱(chēng)為“雪球地球”時(shí)期。當(dāng)時(shí)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(duì)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(dòng)物開(kāi)始出現(xiàn)?！彼位④S說(shuō)，但“雪球地球”時(shí)期的古海洋環(huán)境狀態(tài)及其變化卻鮮為人知。

一直以來(lái)，科研人員對(duì)“雪球地球”的模型存在爭(zhēng)議。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，雪球地球是個(gè)“硬雪球”，整個(gè)地球海洋表面覆蓋著高達(dá)1千米厚的冰層。

另一種觀點(diǎn)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(kāi)放水域?！叭欢?，這兩種假說(shuō)都不能很好地解釋‘雪球地球’時(shí)期生物如何生存演化這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。”童金南說(shuō)。

2015年，童金南教授團(tuán)隊(duì)的葉琴博士在《地質(zhì)學(xué)》雜志上報(bào)道了產(chǎn)自神農(nóng)架地區(qū)宋洛剖面南沱組黑色頁(yè)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(lèi)，被稱(chēng)為“宋洛生物群”?！八温迳锶骸鄙钤?.35億年前的馬里諾冰期時(shí)期，填補(bǔ)了成冰紀(jì)“雪球地球”時(shí)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(shí)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(guó)地質(zhì)大學(xué)武漢

宋虎躍聯(lián)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)“宋洛生物群”產(chǎn)出層位（黑色頁(yè)巖層）和相鄰的冰磧巖層位，開(kāi)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?jǐn)?shù)據(jù)表明底層水主要是貧氧—缺氧的，但黑色頁(yè)巖層的有機(jī)質(zhì)氮同位素值偏重且與現(xiàn)代開(kāi)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(guò)程和顯著的硝酸鹽庫(kù)，這些條件對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的提升起到積極作用。”宋虎躍認(rèn)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(gè)巖性旋回，可能代表馬里諾冰川是動(dòng)態(tài)的。

開(kāi)闊有氧水域擴(kuò)張至中緯度地區(qū)的“雪球地球”新模型 圖源：中國(guó)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(duì)此前的“雪球地球”模型進(jìn)行修訂，提出了一個(gè)中低緯度地區(qū)同時(shí)存在開(kāi)闊海水環(huán)境的新“雪球地球”模型，將“生命的綠洲”從赤道擴(kuò)大為更為寬闊的海域?！皵U(kuò)張的有氧開(kāi)闊海洋環(huán)境為底棲真核藻類(lèi)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(shuō)。