原標(biāo)題：“雪球地球”一定冷嗎？還真不一定

在距今6-7億年前的成冰紀(jì)，地球經(jīng)歷了兩次全球性的冰川事件，分別為斯圖特（Sturtian）冰期和馬里諾（Marinoan）冰期。在這兩次冰川事件過程中，地表系統(tǒng)遭受極端寒冷氣候的洗禮，全球海洋完全冰凍，地表冰蓋厚度達(dá)到上千米，這種全球性的冰川事件被稱之為“雪球地球”。

“雪球地球”狀態(tài)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)千萬(wàn)年之久，代表了地質(zhì)歷史上最嚴(yán)重的冰室氣候事件。

然而，在“雪球地球”期間，氣候一直是寒冷的嗎？中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所等的最新研究卻發(fā)現(xiàn)，這還真不一定！

故事需要從頭說起。

成冰紀(jì)冰期事件研究始于19世紀(jì)。1871年，英國(guó)地質(zhì)學(xué)家 James Thomson 發(fā)現(xiàn)了冰川沉積記錄，首次認(rèn)識(shí)到成冰紀(jì)存在冰川事件。隨后，成冰紀(jì)冰川記錄在多地相繼被發(fā)現(xiàn)報(bào)道。但是，由于當(dāng)時(shí)“大陸漂移學(xué)說”并不被地質(zhì)學(xué)家們所接受，因此成冰紀(jì)冰川事件并不被認(rèn)為是一次全球性冰期

一個(gè)世紀(jì)以后，1992年，加州理工學(xué)院 Joseph Kirschvink 發(fā)表短文，認(rèn)為成冰紀(jì)冰川作用波及到赤道地區(qū)，并提出了“雪球地球”的概念。

隨后，哈佛大學(xué) Paul F.Hoffman 對(duì)“雪球地球”假說進(jìn)行了修訂，認(rèn)為距今6-7億年前的成冰紀(jì)冰期過程中，全球海洋被完全冰封。

“雪球地球”假說認(rèn)為，在成冰紀(jì)極端冰期過程中，全球氣溫低至-50℃，整個(gè)海洋被完全冰封，地表水-氣交換受到嚴(yán)重阻礙，地表風(fēng)化作用與海洋生物固碳作用停滯，導(dǎo)致火山噴發(fā)出的大量CO2在大氣中聚集。當(dāng)大氣CO2濃度達(dá)到當(dāng)前濃度約350倍時(shí)，強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，便會(huì)引起全球冰蓋瞬間解體。

“雪球地球”假說得到了巖石學(xué)證據(jù)支持，包括冰期地層內(nèi)條帶狀鐵礦層的出現(xiàn)和全球性蓋帽碳酸鹽巖沉積。

然而，2000年，德克薩斯A&M大學(xué)Hyde，W。T。等對(duì)“雪球地球”進(jìn)行了氣候模擬研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“雪球地球”過程中的海洋并非完全封閉，在低緯度赤道地區(qū)存在開闊海環(huán)境。

隨后，2007年，多倫多大學(xué) W.Richard Peltier 通過對(duì)“雪球地球”進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，成冰紀(jì)全球冰期啟動(dòng)后，全球平均氣溫的降低會(huì)大大提高海洋的通風(fēng)效率，加劇海洋深部水體存在的溶解有機(jī)碳庫(kù)的再礦化，緩沖大氣CO2濃度，從而阻止全球冰封海洋的出現(xiàn)，因此那時(shí)海洋應(yīng)存在或者季節(jié)性存在開闊海環(huán)境。

此外，氣候模擬顯示地表平衡狀態(tài)下，大氣CO2濃度很難達(dá)到10萬(wàn)ppm以上，“雪球地球”的解體所需要的大氣CO2濃度很難實(shí)現(xiàn)，也使得“雪球地球”假說受到廣泛質(zhì)疑。

2018年，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所郎咸國(guó)博士與北京大學(xué)沈冰研究員等人對(duì)我國(guó)華南成冰紀(jì)馬里諾冰期沉積記錄—南沱組地層進(jìn)行了系統(tǒng)的沉積學(xué)研究，恢復(fù)了“雪球地球”的冰川動(dòng)力學(xué)過程。

研究發(fā)現(xiàn)“雪球地球”過程中的全球海洋，并非處于完全冰凍，而是存在開闊水域，并提出雪球地球過程中的氣候存在明顯的冷暖波動(dòng)。研究成果已于近期發(fā)表在國(guó)際地學(xué)期刊《前寒武紀(jì)研究》（Precambrian Research）上。

該研究對(duì)華南地區(qū)馬里諾冰期沉積地層進(jìn)行研究，覆蓋淺水環(huán)境、斜坡相以及深水盆地環(huán)境的多個(gè)野外地質(zhì)剖面，通過詳細(xì)的沉積相分析，總結(jié)出3個(gè)不同的沉積類型：冰川近緣沉積、冰川遠(yuǎn)緣沉積以及非冰川沉積。

該研究根據(jù)沉積變化特征恢復(fù)了“雪球地球”的冰川動(dòng)力學(xué)演化過程，發(fā)現(xiàn)馬里諾冰期存在多次冰進(jìn)-冰退旋回，表明“雪球地球”過程中的氣候變化是動(dòng)態(tài)的。在冰川動(dòng)力學(xué)研究基礎(chǔ)上，識(shí)別出兩次冰川發(fā)育鼎盛期。南沱組中部存在的細(xì)粒碎屑巖及碳酸鹽巖夾層，代表了兩次冰盛階段之間的冰川消融期。南沱組頂部的含礫粉砂巖或粉砂巖沉積則表明Marinoan冰期的消融要早于蓋帽碳酸鹽巖的沉積。

該項(xiàng)研究工作表明，成冰紀(jì)馬里諾冰期過程中的海洋并非處于完全冰封的狀態(tài)，而是存在開闊海域，冰期過程中的氣候也存在冷暖波動(dòng)。

該研究為正確認(rèn)識(shí)成冰紀(jì)馬里諾極端冰期事件提供了重要科學(xué)依據(jù)。同時(shí)該研究成果對(duì)于正確認(rèn)識(shí)“雪球地球”冰期，具有重要的科學(xué)意義。