Ross Mitchell等-NC：雪球地球時期生命存續之謎新解
雪球地球是地球經歷過的最極端的氣候事件。當今冰蓋只出現在位於高緯度的大陸比如格陵蘭島和南極洲，與之相反，雪球地球顧名思義，意味著整個地球都被厚冰層包裹住了。
加州理工學院的Joseph Kirschvink和哈佛大學的Paul Hoffman及其團隊最初提出雪球地球假說時，他們描繪的極端氣候事件引發了很大的爭議。Gabrielle Walker撰寫的一本引人
入勝的書詳細介紹了90年代末到2000年代初那些地質學家之間的精彩辯論。
在雪球地球獲得廣泛認可的今天，人們很容易忘記早期的分歧——但有的科學家從不遺忘。一項剛發表在Nature Communications上的新發現終於拔除了迄今為止還存在於雪球地球假說裡的兩根“肉中刺”。
“雪球地球假說面臨的最大挑戰之一就是，生命似乎倖存了下來。”本文作者之一，南安普頓大學的地質學家Thomas Gernon說。
“所以要麼雪球地球從來沒有發生，要麼生命以某種方式逃過了極端冰川作用帶來的災難。”Gernon解釋道。
另外一個雪球地球的挑戰來自於岩石記錄，在那個時期沉積的地層似乎有太多的相變。因為在雪球地球期間，冰封的海洋會完全和大氣層斷絕聯絡。沒有了正常的海洋和空氣之間的交流，許多在正常氣候下會產生的沉積相變在雪球地球期間不應該出現。
“這被稱作對雪球地球假說的‘沉積挑戰’。”中科院地質與地球物理研究所的Ross Mitchell研究員說，他也是本文的第一作者。
“這些岩層記錄裡的旋迴看上去非常像是冰蓋前進和後退時的氣候旋迴。”Mitchell解釋道。雪球地球預測整個海洋都會被埋藏在冰下，而岩層記錄裡的變化性被認為與之相悖。
地質學家們決定檢驗沉積岩裡旋迴的真正成因。他們選定的目標岩石是位於南澳大利亞弗林德斯國家公園裡的“條帶狀鐵建造”。
條帶狀鐵建造是一種含有薄層富鐵沉積的獨特沉積岩。在遠古時期的地球上，條帶狀鐵建造很常見，但自那以後它們基本上徹底消失，直到重現於約7億年前的雪球地球時期。
“鐵來自於海底的熱液系統。”Gernon解釋道。通常來說，大氣層會快速氧化鐵，所以條帶狀鐵建造無法累積。但是在雪球地球時期，海洋與大氣被隔斷，鐵能夠富集從而形成條帶狀鐵建造。
本文的地質學家們發現條帶狀鐵建造的薄層沉積記錄了冰川前進和後退的證據。尤其是地層旋迴的週期和地球軌道形狀的變化（又稱為米蘭科維奇迴圈）呈關聯性。
地球繞著太陽轉動的軌道形狀（也即離心率）呈週期性變化，地球自轉軸的傾斜（傾斜度）和搖晃（歲差）也有類似的週期性變化。這些天文旋迴改變著地球表面能接收到的太陽輻射的量，換句話說，它們控制著氣候變化。
“雖然在雪球地球時期，地球的氣候系統表現得完全不同，但地球幸福地對此一無所知，只是一如以往地進行著軌道變化。”Mitchell解釋道。
並未參與本項研究的喬治梅森大學的Linda Hinnov教授說這項新發現稱得上“非凡”，並表示很期待能夠檢驗新研究提出的一項猜測，即全球性的冰川可能對地球的旋轉有減速作用。
我們的祖先所經歷過的冰期旋迴在雪球地球期間也一樣在執行著。
“這些持續不停的氣候旋迴導致的冰川前進和退縮在雪球地球時期和在今天別無二致。”Gernon說。
雪球地球時期的冰蓋是動態的而非靜態的這一發現解決了兩個前文提到的長期存在的謎題。沉積旋迴和生命的續存兩者都得益於地球軌道不捨晝夜的變動。
研究成果發表於國際頂級專業期刊Nature Communications（Mitchell R N, Gernon T M, Cox G M, et al. Orbital forcing of icesheets during snowball Earth[J]. Nature Communications, 2021, 12: 4187.)
校對：張崧 王海波
