新研究揭示新元古代“雪球地球”冰蓋的動態變化特征
來源：桑間濮上網
時間：2025-12-08 20:04:09
鐵絲坳-東山峰組的沉積過程模式圖
（神秘的地球uux.cn報道）據中新網南京1月22日電（楊顏慈）：中國科學院南京地質古生物研究所22日發布消息，該所博士研究生胡春林在導師朱茂炎研究員的新研指導下，對貴州和湖南地區四條剖面中的究揭鐵絲坳/東山峰組進行了沉積巖相和相組合分析，并對下伏地層的示新變形構造進行了研究，發現新元古代“雪球地球”冰蓋動態變化特征。元古
該研究成果已于近期發表在國際地學期刊《古地理，代冰動態古氣候，變化古生態》(Palaeogeography,特征Palaeoclimatology,Palaeoecology)上。此項研究受到中國科學院戰略先導專項(B)的雪球地球資助。
科學界普遍認為，新研成冰紀以全球性冰期事件為特征，究揭沉積學、示新古地磁學和地質年代學研究表明在該時期至少發生了兩次地球從兩極到赤道幾乎完全被冰封的元古“雪球地球”事件，即較早的代冰動態斯圖特冰期和較晚的馬里諾冰期，在中國分別以長安冰期和南沱冰期稱之。變化
科研人員解釋稱，“雪球地球”假說認為，當冰蓋從兩極擴張到一個關鍵緯度之后，由于冰反照率的緣故冰蓋將勢不可擋地急速侵入赤道區域，導致全球冰封。而由于全球冰封之后風化作用幾乎停滯，二氧化碳的消耗大大減少，來自火山等的二氧化碳不斷積累，最終超過一定閾值之后溫室效應會導致“雪球”的快速瓦解。
這一假說得到了地質年代學和地球化學等諸多研究的證實，但關于“雪球地球”中冰蓋的動態特征長期以來仍存在爭議。
爭議的焦點在于部分學者認為全球冰封會導致水循環的極大減弱，從而冰蓋應該是僵硬不動的。然而，大量的沉積記錄，比如垂向的沉積相變、波痕構造、冰下排水構造等，表明冰蓋是活躍而多變的，有人據此推斷當時可能存在開放水域，并非嚴格的“雪球地球”狀態。
那么，該時期的冰蓋是否具有動態屬性，而“雪球地球”的氣候模型下冰蓋是否可以活動多變呢？
為此，南古所有關科研人員啟動了該項研究。巖相分析結果表明，研究區域的鐵絲坳/東山峰組由4種巖相組成，沉積于近端冰海環境。
研究發現，其沉積過程可分為5個階段：第1階段記錄了冰蓋與下伏地層的相互作用，下文提到的冰川構造變形即發生在這一階段；第2-4階段代表了冰蓋的前進-后退-前進過程，第5階段為最終冰消期。亦即是說鐵絲坳/東山峰組沉積記錄了至少兩次冰川進退過程，說明該時期的冰蓋是不穩定的。
科研人員介紹，鐵絲坳/東山峰組底部的變形構造可自上而下分為5個變形區(Z1-Z5)，從Z1到Z5顯示出逐漸減弱的變形特征，表明造成變形的應力來自上覆冰蓋的運動。
其中Z2變形特征在現代的冰川變形中未曾報道，研究人員將其解釋為極高應力下的產物，并推斷造成此種變形的冰蓋需有極大的質量(即厚度)，比如“雪球地球”級別的冰蓋。但這種變形構造僅僅是一種地區性現象還是可以推廣到全球通用模型還有待更多地區的研究來論證。
研究證實，沉積巖相變化和冰川變形構造特征均表明長安冰期的冰蓋是不穩定的、富于動態變化的。但冰蓋進退旋回并不一定意味著開放水域的存在或幾次離散的冰期，更有可能是冰蓋有一定程度的減薄和退卻，但并未迎來最終消融。這種模式與連續變化的巖相特征和高強度的冰下變形特征更加吻合，也更符合數值模擬的預測。
相關報道：南京古生物所等揭示新元古代“雪球地球”冰蓋的動態變化特征
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學院南京地質古生物研究所：成冰紀（~720-635 Ma）以全球性冰期事件為特征，沉積學、古地磁學和地質年代學研究表明在該時期至少發生了兩次地球從兩極到赤道幾乎完全被冰封的“雪球地球”事件，即較早的斯圖特冰期（Sturtian Glaciation, ~720-660 Ma）和較晚的馬里諾冰期（Marinoan Glaciation, <654-635 Ma），在中國分別以長安冰期和南沱冰期稱之。
“雪球地球”假說認為，當冰蓋從兩極擴張到一個關鍵緯度之后，由于冰反照率的緣故冰蓋將勢不可擋地急速侵入赤道區域，導致全球冰封。而由于全球冰封之后風化作用幾乎停滯，二氧化碳的消耗大大減少，來自火山等的二氧化碳不斷積累，最終超過一定閾值之后溫室效應會導致“雪球”的快速瓦解。
這一假說得到了地質年代學和地球化學等諸多研究的證實，但關于“雪球地球”中冰蓋的動態特征長期以來仍存在爭議。爭議的焦點在于部分學者認為全球冰封會導致水循環的極大減弱，從而冰蓋應該是僵硬不動的。然而，大量的沉積記錄，比如垂向的沉積相變、波痕構造、冰下排水構造等，表明冰蓋是活躍而多變的，有人據此推斷當時可能存在開放水域，并非嚴格的“雪球地球”狀態。那么，該時期的冰蓋是否具有動態屬性，而“雪球地球”的氣候模型下冰蓋是否可以活動多變呢？
近日，中國科學院南京地質古生物研究所博士研究生胡春林在導師朱茂炎研究員的指導下，對貴州和湖南地區四條剖面中的鐵絲坳/東山峰組（斜坡相區的長安冰期沉積）進行了沉積巖相和相組合分析，并對下伏地層的變形構造進行了研究。
巖相分析結果表明，研究區域的鐵絲坳/東山峰組由4種巖相組成，沉積于近端冰海環境（靠近冰蓋接地線）。其沉積過程可分為5個階段：第1階段記錄了冰蓋與下伏地層的相互作用，下文提到的冰川構造變形即發生在這一階段；第2-4階段代表了冰蓋的前進-后退-前進過程，第5階段為最終冰消期。亦即是說鐵絲坳/東山峰組沉積記錄了至少兩次冰川進退過程，說明該時期的冰蓋是不穩定的。
鐵絲坳/東山峰組底部的變形構造可自上而下分為5個變形區（Z1-Z5），從Z1到Z5顯示出逐漸減弱的變形特征，表明造成變形的應力來自上覆冰蓋的運動。其中Z2變形特征在現代的冰川變形中未曾報道，研究人員將其解釋為極高應力下的產物，并推斷造成此種變形的冰蓋需有極大的質量（即厚度），比如“雪球地球”級別的冰蓋。但這種變形構造僅僅是一種地區性現象還是可以推廣到全球通用模型還有待更多地區的研究來論證。
沉積巖相變化和冰川變形構造特征均表明長安冰期的冰蓋是不穩定的、富于動態變化的。但冰蓋進退旋回并不一定意味著開放水域的存在或幾次離散的冰期，更有可能是冰蓋有一定程度的減薄和退卻，但并未迎來最終消融。這種模式與連續變化的巖相特征和高強度的冰下變形特征更加吻合，也更符合數值模擬的預測。
該研究成果已于近期發表在國際地學期刊《古地理，古氣候，古生態》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。此項研究受到中國科學院戰略先導專項（B）的資助。
相關論文信息：Chunlin Hu, Maoyan Zhu*, 2019. Lithofacies and glacio-tectonic deformation structures of the Tiesi'ao/Dongshanfeng Formation on the Yangtze Block, South China: Implications for Sturtian Glaciation dynamics. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2019.109481
