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研究人员揭示了地球地质史上戏剧性篇章的线索

  • 科学
  • 2020-06-16 08:44:45
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想象地球完全被冰覆盖。尽管很难描绘出当今冰川覆盖的所有海洋和陆地,但这种冰雪覆盖的星球并不是几百万年前牵强的。

距今约一千至五亿四千万年前,这一被称为新元古代的戏剧性篇章是地球45亿年历史的重要组成部分。在那个严重的冰川时期,多细胞生物开始多样化并在整个星球上扩散。

许多研究人员认为,冰可能覆盖了地球的每个表面,从极点一直延伸到赤道的热带地区,这一假设被称为“雪球地球”。

即使在地球最温暖的地区,全球冰也怎么可能?

罗彻斯特大学的研究人员正在为这个问题提供新的思路。通过分析新元古代以来冰川留下的矿物数据,地球与环境科学系助理教授毛里西奥·伊巴内斯·梅加(Mauricio Ibanez-Mejia)实验室的博士后研究人员斯科特·麦克伦南(Scott MacLennan)提出了第一个地质证据,表明地球在Snowball Earth之前可能天气凉爽。

这项发表在《科学进展》上的研究提供了有关地球历史时期的重要信息,为地球上复杂生命的发展铺平了道路。

伊万内斯·梅加说:“这是一个令人着迷的时期,因为这些戏剧性的环境变化是在第一批真正的动物开始出现并在地球上进化时发生的。”

是什么引起了雪球地球?

理解整个行星期间的冰川的一个关键方面是确定雪球地球之前的气候。计算机模型表明,为了启动“雪球地球”状态,必须有凉爽的全球气候,但是这种状态尚未得到地质证据的证实。取而代之的是,以前的地质证据表明,在新元古代冰期即将来临之前,地球气候温暖而无冰。

尽管科学家们不知道可能导致“雪球地球”的确切机制,但他们怀疑不管是什么,这些机制都涉及大气中二氧化碳浓度的大幅降低。在几种情况下,大气中的二氧化碳可能已经减少。其中包括海洋生物量的增加,这可能已将二氧化碳从大气中带走并转化为有机物,或者大陆地壳的风化增加,其也吸收了二氧化碳。

但是,为了确定这些方案是否可行,在大规模冰川事件开始之前更了解地球的气候至关重要。

麦克伦南说:“如果地球非常热,那就意味着海洋会储存大量的热量,而要创建一个雪球地球,这将需要大量的时间才能摆脱。”

释放岩石中的气候线索

科学家可以通过研究在整个地球历史上不同时间沉积的岩石来确定时间点上的地球气候。麦克伦南(MacLennan)和他的同事们使用锆石测年法对在现代弗吉尼亚发现的冰川岩石进行了精确的测年。古磁数据可以使研究人员确定数千年甚至数百万年前的大陆位置,这些数据已经确定弗吉尼亚州位于热带冰河沉积的超大陆中部。后来,超大陆分裂成较小的部分。

研究人员发现,冰川岩石实际上是在第一个雪球地球之前3000万年沉积的。这一发现令人惊讶,因为他们曾预计冰川岩石与雪球地球事件有关。取而代之的是,该发现表明,即使在雪球地球之前,热带地区在赤道附近也有冰川-尽管可能处于高海拔。

麦克伦南说:“地球总是从热带向两极变冷,因为地球在赤道接收到的大部分太阳光。”“如果热带地区有冰川,那么地球的其余部分一定也非常寒冷。这意味着我们先前对雪球地球之前的湿热世界的设想可能是错误的。”

因此,全球大规模降温的潜在触发机制可能并不像某些研究人员所认为的那样极端。行星并没有立即从温暖状态转变为冰冻状态,而是似乎经历了逐渐变冷的转变为“雪球地球”状态。

新元古代时代的生存

这项研究提出了一个有趣的问题,那就是在800到7亿年前雪球地球事件发生之前的地球是什么样的时代,正值多细胞生物开始多样化之际,发生了有趣的生物学创新。

MacLennan说:“关于多细胞和单细胞生命形式如何在雪球地球中生存,存在许多问题,尤其是在从温室大棚世界迅速转变的情况下。”“我们对前雪球气候的估计表明,该行星可能比现代世界更冷,这意味着在高纬度和海拔高度可能存在充足的寒冷环境,生物可能已经适应了这些寒冷条件。”

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