零下15摄氏度，海洋有史以来最低温度

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这是一幅描绘成冰纪地球样貌的艺术品。该地质时期始于8.5亿年前，结束于6.35亿年前，期间发生过数次覆盖全球的冰川事件。

约7亿年前，地球被厚达数百英尺的冰层彻底包裹，陷入了漫长的冰封状态——科学家将这一极端时期称为“雪球地球”（Snowball Earth）。

尽管海洋温度急剧下降，但仍保留了些许热量，才侥幸没有完全冻结成冰。

如今，研究人员在《自然·通讯》

Nature Communications

通过对岩石沉积数据的分析，研究作者估算，当时的海水温度仅为零下15摄氏度，比如今地球上最寒冷的海域温度还要低约12摄氏度。

研究同时指出，当时海水的盐度是现在的四倍以上，正是这种超高盐度，才让海洋在极寒环境下依然保持液态。

这些数据表明，当时地球上生存的所有微生物、浮游植物、藻类和海绵，所承受的生存环境远比科学家此前推测的更为严酷。

“这些新的温度和盐度数据，将当时的环境压力提升到了一个全新的高度。”该研究合著者、中国科学院（Chinese Academy of Sciences）地质学家罗斯·米歇尔（Ross Mitchell）表示。

古老岩石中的异常现象

这项研究的灵感，源于另一位合著者、加拿大维多利亚大学（University of Victoria, British Columbia）地质学家保罗·霍夫曼（Paul Hoffman）的一个疑问：“雪球地球”时期的海洋温度，是否能解释此前从海底铁岩层中采集到的数据异常？

这些铁锈色的条带岩层，形成于海洋突然涌入大量氧气之时，氧气与水中累积的溶解铁发生反应，最终沉淀下来。

而该研究另一位合著者、澳大利亚墨尔本大学（University of Melbourne）地质学家马克斯韦尔·莱希特（Maxwell Lechte）主导的研究显示，这些铁沉积层恰好位于古海岸线附近——也就是冰川与海洋交汇的地带，冰下富含氧气的融水渗入海洋，为铁的沉积创造了条件。

但“雪球地球”时期的铁沉积层，其铁颗粒远比约24亿年前海洋岩石上的铁层更重。霍夫曼由此推测，是否是“雪球地球”时期的海洋温度，导致了这种重铁颗粒的形成。

随后，米切尔与该研究主要作者、同为中国科学院的地球化学家路凯（Kai Lu）和冯连君（Lianjun Feng）展开合作，通过计算得出结论：能够解释重铁锈颗粒过量存在的海洋温度，正是零下15摄氏度的极寒状态。

“我非常认可他们采用的研究方法。”未参与该研究的美国南佛罗里达大学（University of South Florida）地球化学家蒂莫西·康威（Timothy Conway）评价道，“该方法基于实验数据和理论模型，尽管包含一些假设，但整体逻辑严谨，颇具说服力。”

研究团队还考虑了另一种可能性：这种异常是否源于陆地冰川侵蚀或热液喷口带入“雪球地球”海洋的重铁颗粒？但后续分析结果显示，这种可能性微乎其微。

他们还通过计算得出，冰缘附近的海洋盐度必须达到现在的四倍以上，才能足够降低水的冰点，从而防止海洋彻底冻结。

生命如何在绝境中幸存？

科学家一直在探索，生命究竟是如何挺过成冰纪（Cryogenian）的——这一地质时期不仅包含“雪球地球”阶段，还涵盖了约6.5亿年前另一次类似的全球冰封事件。

一种理论认为，当时的生命早已适应了缺氧、少光甚至无光的极端环境；或是在热液喷口附近存活，依靠其他化学物质合成自身所需的养分。

另一种理论则认为，生命存活于冰面的融水池塘中，就像如今生活在南极麦克默多冰架（McMurdo Ice Shelf）上的蓝细菌和藻类一样。

“这些地表环境，或许为多样的生命群落提供了庇护，使其得以在整个冰川期持续存续和演化。”未参与该研究、但去年主导过相关课题的麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）地球化学家法蒂玛·侯赛因（Fatima Husain）说。

还有一种可能是，生物选择存活或迁徙至冰缘地带，以获取冰底融水中的氧气——但它们必须直面新研究预测的极端生存条件。

这一猜想也得到了有力佐证：科学家在南极维达湖（Lake Vida）冰下类似的寒冷高盐卤水中，确实发现了存活的细菌。

“我们对成冰纪的极端程度了解得越来越深入。”侯赛因说，“这也让后续生命的顽强存续与爆发式多样化，显得更加震撼与不可思议。”

撰文：TheoNictopoulos 编译：Arvin 校对：Arvin
版式设计：Arvin

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