7億年前全球冰凍期，熱帶海洋15%未結冰，冰下有生命綠洲

對于今天的宇航員來說，從太空俯瞰，地球宛如一顆充滿活力的藍色大理石。如果時光倒流至7億年前，這顆星球看起來更像是一個耀眼的白色雪球。在這樣一個嚴酷的深度冰封世界里，生命似乎難以尋得搖籃。但最新證據顯示，當時封凍的海洋中可能存在一些并未結冰的局部“綠洲”，正是這些綠洲為我們最早的復雜生命祖先提供了生存的一線生機。

在距今7.2億年至6.35億年前的成冰紀，地球曾被厚重的冰蓋包裹。這些冰川從兩極一路蔓延至熱帶地區，地表溫度甚至低至 -50°C。

由于星球表面覆蓋著潔白的冰雪，它們會反射而非吸收太陽能量——這種現象被稱為“反照率效應”。正因如此，地球陷入了長達數千萬年的極端氣候狀態，被科學家形象地稱為“雪球地球”。

長期以來，科學界普遍認為，當海洋被一公里厚的冰殼嚴密封印時，大氣與海洋之間正常的物質和能量交換會被切斷，從而抑制氣候變率。這意味著溫度、降水或風力的短期波動在當時幾乎是停滯的。

我們發表在《地球與行星科學通訊》上的最新研究挑戰了這一固有認知。通過對古老巖石的取證式解讀，我們發現，雪球地球時期的氣候遠比此前預想的更有活力：它甚至以一種與當今地球驚人相似的節奏在律動。

研究的突破口來自蘇格蘭西海岸的加費拉赫群島。這里的巖石形成于斯圖特冰期（約7.2億至6.6億年前），這是兩次“雪球地球”事件中的第一次，第二次則是馬里諾冰期（約6.5億至6.35億年前）。這些島嶼構成了一個保存極其完好的獨特檔案庫，鎖住了那個古怪遠古世界的秘密。

具體而言，紋層狀沉積巖就像是大自然內置的“數據記錄儀”。想象一下今天的湖泊：沉積物靜靜地穿過水體，沉降在湖底。隨著時間推移，這些沉積層不斷堆疊。千萬年后，地質學家便能利用封存在沉積物中的物理、化學和生物信息，追蹤包括氣候在內的環境條件如何隨時間演變。

雖然現代沉積物隨處可見，但來自深遠地質年代的詳細氣候記錄卻極其罕見。在很長一段時間里，關于雪球地球時期氣候行為的真相一直隱于黑暗之中，直到現在才被揭開。

我們在加費拉赫群島研究了一堆厚達6米的獨特巖石，其中包含約2600個此類紋層。微觀和統計分析顯示，這些紋層并非如預想中那樣均勻統一，而是呈現出一種可預測的周期性。

更令人驚訝的是，幾乎所有現代已知的氣候律動都在這里得到了體現：從年度季節變化，到類似于厄爾尼諾的現象，再到與太陽活動相關的、跨越數十年至數個世紀的長周期。按理說，厄爾尼諾這類兩到七年循環一次的現象需要大氣與海洋之間的無縫溝通，這在冰封的世界里是極難想象的。

古代沉積物中發現的這些周期引發了一個耐人尋味的猜想：在雪球地球時期，海洋的部分區域是否并未結冰？

為了驗證這一點，我們利用計算機氣候模擬測試了不同的場景。研究發現，當海洋完全被凍結成堅硬的固體時，氣候振蕩基本會消失。

我們的模擬還顯示，重啟這些振蕩并不需要大面積的開闊水域；只要海面上有一小部分（約15%）沒有結冰，大氣與海洋的相互作用就能恢復。

通過將模擬的氣候記錄與巖石中解碼的模式進行對比，我們認為這些沉積物極有可能記錄了熱帶地區的一塊開闊水域，即所謂的“綠洲”。許多科學家正是利用這種綠洲說，來解釋生命如何在近乎全球冰封的環境下存續至今。

有趣的是，其他幾條證據也表明，在同一時期確實存在部分未結冰的海洋。那么，這些巖石是否證明了雪球地球時期的暫時性變暖？雖然它們證實了表層海洋存在局部的溫暖區域，但這些巖石僅代表了長達數千萬年的冰期中約3000年的快照——這更有可能是封凍世界中轉瞬即逝的“泥球”狀態。另一項研究甚至提出，即便在 -15°C 的環境下，只要鹽度極高，液態水依然能夠存在。

但關鍵在于，我們的新分析表明，即便在最極端的條件下，氣候系統也具有產生振蕩的內在傾向。那么，海上的這些綠洲是否成為了最早復雜動物的“救生艇”？

雪球地球最大的悖論或許在于，這種敵對的深度凍結反而觸發了一場生物革命。大約在這一時期，多細胞生命的平衡與多樣性迎來了大爆發?？茖W家認為，由于冰川磨碎巖石產生了富含磷的塵埃，為生命復蘇提供了養分。

為了讓生命在冰期結束后繁榮，它們首先必須挺過第二次（馬里諾）冰期。我們的研究為這個謎團提供了一個可行的答案：如果熱帶海洋沒有被完全凍結，而是保留了開闊水域的口袋，這些綠洲就會成為宜居的避難所。

我們的工作并沒有描繪一個凍得嚴嚴實實的死寂星球，而是一個處于律動中的世界。冰層中細小的裂縫或更廣闊的開闊水域形成了棲息地，這些空間不僅允許、甚至鼓勵了生命的殖民。

正是通過在地球最極端的冰河時代維持生物多樣性，這些綠洲確保了當冰雪最終消融時，生命已準備好綻放出今天我們所看到的復雜生態系統——并最終演化成了人類。