【导语】

一项发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）的新研究提出，地球在新元古代斯特尔廷冰期期间，可能并非长期处于单一的“雪球地球”状态，而是在全球冰封与相对温暖、无冰的气候之间多次往复。这一机制被认为有助于解释该冰期异常漫长的持续时间以及生命在极端气候下的存续。

新元古代极端气候之谜

研究指出，地球在新元古代（约10亿年至5.388亿年前）经历了剧烈的气候波动，其中包括可能几乎完全冰封地表的斯特尔廷冰期。地质年代学数据显示，这一冰期持续约5,600万年，远超现有物理气候模型对全球冰川期持续时间的预测。

哈佛大学研究生夏洛特·明斯基（Charlotte Minsky）及其同事在论文中表示，新元古代被称为“雪球地球事件”的全球冰川期，是地球历史上最极端的气候扰动之一，可能对生物进化产生了显著影响。但关于这些冰川期的成因、强度以及对环境和生物圈的具体影响，学界仍存在广泛争议。

模型显示并非单一“雪球地球”

为探讨斯特尔廷冰期的持续机制，研究团队构建并使用了一个将古气候与全球碳循环相耦合的模型。模拟结果显示，地球在这一时期可能并非经历一次连续的全球冰封，而是在冰封与无冰状态之间反复切换。

研究将这一循环与位于加拿大北部的富兰克林大型火成岩省联系起来。该地区被认为在斯特尔廷冰期开始前不久发生大规模火山喷发，形成广泛分布的玄武岩地层。模型结果显示，这些玄武岩在暴露于大气后发生强烈风化，可显著消耗大气中的二氧化碳，进而降低温室效应，触发全球范围的冰川扩张。

随着时间推移，火山活动及其他地质过程逐步向大气中补充二氧化碳，导致气候回暖、冰盖退缩，更多新鲜玄武岩再次暴露于地表。随后风化作用再度加强，大气二氧化碳浓度再次下降，气候重新进入类似“雪球地球”的冰封阶段。

作者认为，这一由二氧化碳浓度变化驱动的“冻结—解冻”循环，可在无需额外外部触发因素的情况下，自发维持数千万年尺度的冰期—间冰期波动，从而为斯特尔廷冰期长达数千万年的持续时间提供了可能的解释。

或解释长期悖论与生命存续

研究称，该机制在一定程度上缓解了多个长期存在的科学难题，包括为何斯特尔廷冰期的持续时间远超传统气候模型预测，以及为何该时期的沉积记录呈现出特定的空间与时间分布特征。

论文指出，模型结果与地质记录中观察到的沉积模式相符，并为在极端气候波动背景下大气氧气水平如何保持相对稳定提供了一个可能的物理框架。研究进一步提出，反复回归较为温暖、无冰的气候条件，可能在防止大气氧气浓度出现全面崩溃方面发挥了作用。

明斯基表示，这一过程“或许能解释有氧生命如何在如此极端的时期得以存续”。

论文信息

该研究题为《新元古代斯特尔廷冰期内反复的雪球—温室循环》（"Repeated snowball–greenhouse cycles during the Neoproterozoic Sturtian glaciation"），作者为 Charlotte Minsky 等，发表于 PNAS 第123卷第19期，文章编号 e2525919123，DOI 为 10.1073/pnas.2525919123。