新元古代雪球地球與生命演化新機制揭示

(相關資料圖)

科技日報記者 吳長鋒

8日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校沈延安課題組以高精度硫和汞同位素分析為主要手段對華南間冰期地層進行了系統研究，提出“雪球地球”的消融誘發了大規模火山活動這一新觀點，并證明了間冰期海洋的逐漸氧化為早期復雜生命演化提供了有利的環境條件。相關研究成果近日發表于國際綜合學術期刊《科學進展》。

在距今約8—6億年前，地球經歷了兩次長達數百萬年的冰期，厚達千米的冰蓋幾乎覆蓋了整個地球，因此稱之為“雪球地球”。兩次“雪球地球”事件之間是一個相對溫暖的間冰期，其間以綠藻為主的初級生產者和海綿的出現代表了生命演化史上又一次重要革命。因此，探討“雪球地球”這一極端氣候事件與早期復雜生命演化的關系一直是地球科學領域具有挑戰性的科學問題。

研究團隊以華南大塘坡組為主要研究對象，探討“雪球地球”消融之后地球表層環境和氣候系統的變化。大塘坡組不僅是我國大型甚至超大型沉積錳礦床的重要產出層位，而且幾乎完整地記錄了兩次“雪球地球”之間氣候和環境變化序列。研究團隊在多次野外考察和調研的基礎上，選取大塘坡組長達百米的鉆孔進行了地質、地層和地球化學系統分析。

中國科大供圖

研究結果表明，“雪球地球”消融初期海水的化學組成以海底噴發的熱液為主，這一結果間接地反映了“雪球地球”時期的海洋與正常海洋有根本的不同，當時海洋、大氣和陸地缺乏物質交換和循環。非質量汞同位素的變化證明了“雪球地球”消融期間火山活動的加強，針對這一新發現，研究團隊提出“雪球地球”的迅速消融造成了地球表層壓力的突然減少，從而誘發了地球深部的巖漿活動和火山噴發這一新觀點。

研究團隊同時發現，間冰期沉積物中黃鐵礦的硫同位素組成異常，其中包括小幅度的非質量硫同位素分餾，但沉積序列清楚地表明，小幅度的非質量硫同位素分餾與火山活動沒有成因上的聯系。針對這一新發現，研究團隊提出小幅度的非質量硫同位素分餾，是由于“雪球地球”改變了海水硫酸鹽的硫同位素組成。另外，硫同位素隨時間的變化規律證明了間冰期海水硫酸鹽濃度的逐漸加強，表明當時大氣和海洋系統的逐漸氧化。根據大氣化學組成變化、地球表層溫度的逐步降低以及海洋的逐漸氧化，研究團隊提出間冰期地球表層環境和氣候的變化促進了早期復雜生命的演化。

該項研究結果對探索現代極端氣候變化和地球宜居性具有重要的啟示意義。

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