新元古代雪球地球與生命演化新機(jī)制揭示

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科技日報(bào)記者 吳長鋒

8日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出“雪球地球”的消融誘發(fā)了大規(guī)模火山活動這一新觀點(diǎn)，并證明了間冰期海洋的逐漸氧化為早期復(fù)雜生命演化提供了有利的環(huán)境條件。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于國際綜合學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》。

在距今約8—6億年前，地球經(jīng)歷了兩次長達(dá)數(shù)百萬年的冰期，厚達(dá)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(chǎn)者和海綿的出現(xiàn)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(fù)雜生命演化的關(guān)系一直是地球科學(xué)領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題。

研究團(tuán)隊(duì)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(huán)境和氣候系統(tǒng)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(chǎn)出層位，而且?guī)缀跬暾赜涗浟藘纱巍把┣虻厍颉敝g氣候和環(huán)境變化序列。研究團(tuán)隊(duì)在多次野外考察和調(diào)研的基礎(chǔ)上，選取大塘坡組長達(dá)百米的鉆孔進(jìn)行了地質(zhì)、地層和地球化學(xué)系統(tǒng)分析。

中國科大供圖

研究結(jié)果表明，“雪球地球”消融初期海水的化學(xué)組成以海底噴發(fā)的熱液為主，這一結(jié)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(dāng)時海洋、大氣和陸地缺乏物質(zhì)交換和循環(huán)。非質(zhì)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(qiáng)，針對這一新發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)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(fā)了地球深部的巖漿活動和火山噴發(fā)這一新觀點(diǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)同時發(fā)現(xiàn)，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(zhì)量硫同位素分餾，但沉積序列清楚地表明，小幅度的非質(zhì)量硫同位素分餾與火山活動沒有成因上的聯(lián)系。針對這一新發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出小幅度的非質(zhì)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(guī)律證明了間冰期海水硫酸鹽濃度的逐漸加強(qiáng)，表明當(dāng)時大氣和海洋系統(tǒng)的逐漸氧化。根據(jù)大氣化學(xué)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(tuán)隊(duì)提出間冰期地球表層環(huán)境和氣候的變化促進(jìn)了早期復(fù)雜生命的演化。

該項(xiàng)研究結(jié)果對探索現(xiàn)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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