大约7亿年前，地球被厚厚的冰层覆盖，表面变成了一片广阔的冰雪世界。这个“雪球地球”时期，尽管看似贫瘠而荒芜，却成为复杂生命进化的关键节点。近期发表在《地质学》期刊上的一项研究揭示了这一时期与海洋营养物质积累之间的微妙联系，为早期生命的演化提供了新的视角。
在雪球地球时期，大规模冰川覆盖了地球表面，如巨型推土机一般，深入侵蚀地壳深层。研究团队发现，冰川运动释放了一些地表罕见的矿物，而这些矿物在冰川融化时被巨大的冰川河流带入海洋，为古老的海洋系统输送了丰富的微量元素和营养物质。早期微生物在营养循环的推动下，其代谢水平因此得以提升。
“从目前的认知看，这完全符合我们对那个时期冰川活动的理解。”未参与此次研究的加拿大麦吉尔大学地层学家加伦·哈尔弗森（Galen Halverson）说，“这项研究为雪球地球与生命演化之间的关系提供了重要证据。”
此次研究由澳大利亚科廷大学年代学家克里斯·柯克兰（Chris Kirkland）领衔，研究团队聚焦于形成于约8亿年前的达尔拉迪亚超群（Dalradian Supergroup），这些岩石如今分布在苏格兰和爱尔兰地区。当时，它们位于古大陆劳伦西亚（Laurentia）的东海岸，被雪球地球时期的厚重冰川所覆盖。
研究人员采集了大量砂岩样本，对其中富含锆石的矿物颗粒展开分析。锆石因其抗侵蚀性能优异，可作为记录地质时间的“天然时钟”。通过激光释放锆石中的元素并利用质谱仪精确计算铀-铅比值，研究团队推测出不同岩层的形成与侵蚀时间。在雪球地球时期，这些岩石显示出古老的铀矿物被侵蚀分解的明显迹象。
此前科学界普遍认为，海洋营养物质的富集主要源于微生物（如蓝藻）大量释放氧气后引发的化学反应。然而，这项研究首次表明，地球表面的矿物循环也在这一过程中扮演了重要角色。“现在可以看到，是大气、陆地和海洋共同作用，改变了海洋的养分供给。”克里斯·柯克兰指出。
新矿物进入海洋后，在深邃的海底中不断循环，为原本贫瘠的区域提供了关键的微量元素。当这些营养物质为微生物提供能量时，雪球地球末期的生命形式逐渐复杂化，最终为后续的埃迪卡拉纪（Ediacaran）多细胞生命的出现铺平了道路。
“每当环境发生巨大变化时，都是生命进化的关键时刻。”圣塔菲研究所的理论生物物理学家克里斯·肯普斯（Chris Kempes）表示，通过追踪冰川活动引发的营养变化，我们得以更好地理解重大演化转折点的成因。
尽管雪球地球的故事发生在数亿年前，其研究成果为今天的气候变化解决提供了启示。这些古老的地质记录，清晰地揭示了在地球史上的极端气候条件下，大气、陆地和海洋之间复杂的相互作用，以及它们对生态系统的深远影响。
研究团队计划进一步分析包含氧、磷等元素的磷灰石矿物，以及可能参与远古海洋营养循环的其他关键矿物。然而，这些矿物较易风化，保存至今的完整样本为数并不多。
“理解远古时期的地质循环不仅是对历史的追溯，也能帮助我们预测现代和未来地球系统的变化。”克里斯·柯克兰总结
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