科大研究团队揭示6亿年前生命演化奥秘

在距今约8亿-6亿年前，地球曾经两次变成地面冰雪厚达千米的“雪球地球”，每次都持续千万年以上，在此期间，地球生命是如何存续的？9月11日，记者从中国科学技术大学获悉，该校沈延安课题组对华南间冰期地层进行了系统研究，首次提出“雪球地球”的消融诱发了大规模火山活动这一新观点，并证明了间冰期海洋的逐渐氧化为早期复杂生命演化提供了有利的环境条件。相关研究结果对探索现代极端气候变化和地球宜居性具有重要意义。

千万年冰封 超级“温室效应”令冰雪消融

“雪球地球”即全球冰冻现象，在距今约8亿-6亿年前，地球经历了两次长达数千万年的冰期，厚达千米的冰盖几乎覆盖了整个地球，也掩埋了地球生命。这两次冰期被称为新元古代“雪球地球”事件，分别为斯图特“雪球地球”和马里诺“雪球地球”，前者持续了大约5600万年，后者持续了大约1000万年。

科研人员介绍，在“雪球地球”时期，大气和海洋之间缺乏物质交换，陆地硅酸岩风化作用微乎其微。不过，持续数百万年的火山活动释放了大量的二氧化碳，形成了超级“温室效应”，从而导致“雪球地球”的迅速消融。

而在斯图特“雪球地球”消融之后，地球上演化出绿藻和海绵等生物，它们的出现代表了生命演化史上又一次重要革命。因此在科研界，探讨“雪球地球”这一极端气候事件与早期复杂生命演化的关系一直是地球科学领域具有挑战性的科学问题。

大气、海洋系统逐渐氧化 地球生命获生机

此次研究中，中国科大沈延安课题组以中国华南大塘坡组为主要研究对象，探讨“雪球地球”消融之后地球表层环境和气候系统的变化。

大塘坡组是我国超大型沉积锰矿床的重要产出层位，而且几乎完整地记录了两次“雪球地球”之间气候和环境变化序列。研究团队选取大塘坡组长达百米的钻孔进行了地质、地层和地球化学系统分析，发现在“雪球地球”消融初期，海水的化学组成以海底喷发的热液为主，这一结果间接反映了“雪球地球”时期的海洋与正常海洋有根本的不同，因为当时海洋、大气和陆地缺乏物质交换和循环。

此外，研究中发现的非质量汞同位素的变化，又证明了“雪球地球”消融期间火山活动的加强。针对这一新发现，研究团队提出“雪球地球”的迅速消融造成了地球表层压力的突然减少，从而诱发了地球深部的岩浆活动和火山喷发这一新观点。“如同从地面上搬走一块巨石，原本被压抑的地下岩浆突然喷发。”科研人员介绍，消融诱发的火山喷发大约持续了10万年，推动地球环境产生连锁反应。

研究团队还发现，“雪球地球”改变了海水硫酸盐的硫同位素组成，而硫同位素随时间的变化规律证明了间冰期海水硫酸盐浓度的逐渐加强，这表明当时大气和海洋系统的逐渐氧化。科研人员介绍，当时海洋和大气中的氧气含量逐渐升高，这为地球上生命的“绝处逢生”创造了有利环境，从而推动绿藻逐渐繁盛，海绵等初级动物出现。

根据这样的大气化学组成变化、地球表层温度的逐步降低以及海洋的逐渐氧化，研究团队提出间冰期地球表层环境和气候的变化促进了早期复杂生命的演化，相关研究结果对探索现代极端气候变化和地球宜居性具有重要的启示意义。沈延安表示，目前正处于全球气候变暖时期，一些冰川在融化，这也可能会诱发火山喷发，并造成海洋缺氧，这些都警示人类要保持关注，地球环境是个系统，一个变化可能会触发连锁反应。

合肥通客户端-合报全媒体记者 刘畅司晨