一层薄薄的黑色页岩，藏着马里诺冰河时代生物生存和演化的奥秘。

日前，中国地质大学（武汉）教授童金南团队研究发现，马里诺“雪球地球”晚期中纬度存在海洋真核藻类的宜居环境。此前，科研人员仅利用计算机气候模拟推测在赤道周围地区存在无冰区。

耗时4年，该团队深入神农架地区一个偏远地点通过收集当地样本，在生物地质与环境地质国家重点实验室的稳定同位素平台，开展分析方法开发和样品测试工作，只为寻找古生物的“生态避难所”。这有助于人们认识和理解“雪球地球”时期生物如何生存、演化这一关键科学问题。

从太空看，地球被70%以上的湛蓝海水覆盖，像一颗蓝色星球。它并不是一直这么暖，也曾被白皑皑的冰川严严实实包裹过，看上去就像一个白色的“雪球”。

“雪球”指的是地球出现的极端冷气候事件，气温低到零下40℃至零下50℃，冰川从极地一直蔓延到低纬度地区甚至赤道。

图源：视觉中国

中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室研究员宋虎跃告诉科普时报记者，这样极端的冰室气候，在地球46亿年的历史中出现过5次，即太古代休伦大冰期、成冰纪大冰期、早古生代大冰期、晚古生代大冰期和第四纪大冰期（258万年前）。其中，地球在前寒武纪距今7.5亿到5.8亿年前，曾经历一次极其严重而漫长的冰河时代，全球先后出现了多次冰期。其中，当属斯图特冰期和马里诺冰期最为漫长，且地球表层冰盖迅速扩张至低纬度赤道地区，形成了全球冰封的局面，因此被称为“雪球地球”时期。当时不仅陆地全部被冰川覆盖，海洋表面也几近被完全冻结。

“‘雪球地球’这一特殊气候事件对地球生命演化起着重要的作用，随着它的结束，海洋中的氧气浓度迅速上升，早期动物开始出现。”宋虎跃说，但“雪球地球”时期的古海洋环境状态及其变化却鲜为人知。

一直以来，科研人员对“雪球地球”的模型存在争议。一种观点认为，雪球地球是个“硬雪球”，整个地球海洋表面覆盖着高达1千米厚的冰层。

另一种观点认为“雪球地球”并非全球冰封，气候模拟结果显示低纬度赤道地区存在开放水域。“然而，这两种假说都不能很好地解释‘雪球地球’时期生物如何生存演化这一关键科学问题。”童金南说。

2015年，童金南教授团队的叶琴博士在《地质学》杂志上报道了产自神农架地区宋洛剖面南沱组黑色页岩地层中的宏体碳质压膜化石，其中部分被解释为底栖宏体藻类，被称为“宋洛生物群”。“宋洛生物群”生活在6.35亿年前的马里诺冰期时期，填补了成冰纪“雪球地球”时期宏体古生物化石的空白。然而，“宋洛生物群”与同期海洋环境条件之间的关系是怎样的？彼时生物是如何生存的？

宋洛剖面古地理位置和宋洛生物群产出层位 图源：中国地质大学武汉

宋虎跃联合国内外相关学者对“宋洛生物群”产出层位（黑色页岩层）和相邻的冰碛岩层位，开展系统的碳同位素、氮同位素、铁组分等沉积地球化学研究，推断海洋底层海水和表层海水的氧化还原状态。

“虽然研究发现的铁组分数据表明底层水主要是贫氧—缺氧的，但黑色页岩层的有机质氮同位素值偏重且与现代开阔海洋的相关值接近，意味着海水表层存在有氧的氮循环过程和显著的硝酸盐库，这些条件对初级生产力的提升起到积极作用。”宋虎跃认为，结合“宋洛生物群”的古生物学数据和地球化学结果，在马里诺冰期的减弱阶段，生物地球化学循环是活跃的，且适合需氧真核生物的海洋环境可能普遍存在。此外，他还发现南沱组发育多个岩性旋回，可能代表马里诺冰川是动态的。

开阔有氧水域扩张至中纬度地区的“雪球地球”新模型 图源：中国地质大学武汉

综合古生物化石和地球化学证据，研究人员对此前的“雪球地球”模型进行修订，提出了一个中低纬度地区同时存在开阔海水环境的新“雪球地球”模型，将“生命的绿洲”从赤道扩大为更为宽阔的海域。“扩张的有氧开阔海洋环境为底栖真核藻类的生存和演化提供了重要的宜居环境，使得这些生物在冰期得以延续，并在‘雪球地球’结束之后快速繁荣。”宋虎跃说。