真极移如何维系埃迪卡拉纪晚期大冰期：地球气候与生命演化的关键纽带

为解决埃迪卡拉纪晚期区域穿时且全球持续的冰期维持机制不明问题，研究人员利用地球系统模型（CESM 1.2.2）和修正风化模型开展研究。结果表明真极移（TPW）可维持高风化率和低大气 CO2水平，维系冰期，还可能促进生物演化。

　　在地球漫长的演化历程中，埃迪卡拉纪晚期（约 580 至 560Ma 或更晚）曾出现过广泛的冰川活动，这一时期的冰川在全球范围内留下了痕迹，如加斯凯尔斯（Gaskiers）、布阿泽尔（Bou - Azzer）、汉卡尔乔夫（Hankalchough）等地都发现了冰川沉积物。然而，这个区域穿时且全球持续的冰期究竟是如何维持的，一直是科学界的未解之谜。对于亚热带地区的冰川作用来说，它对大气二氧化碳（CO₂）水平的波动极为敏感，按照常理很难长期持续，就像前寒武纪假设的软雪球地球时期那样。虽然约 580Ma 的增生造山带可能启动了这场大冰期，但它为何能持续超过 2000 万年，至今没有明确答案。为了揭开这一神秘面纱，来自中国海洋大学前沿科学中心、北京大学、中国地质大学（武汉）等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员利用地球系统模型（CESM 1.2.2）和修正的风化模型进行研究。CESM 1.2.2 是一个包含大气、陆地、海洋、海冰、河川等多组件的三维模型，而风化模型则是在已有研究基础上重新调整参数，以更准确地反映硅酸盐风化过程。在研究过程中，研究人员设定了不同的实验条件，包括采用五个重建的大陆构型来模拟 580Ma 至 560Ma 期间的情况，设定不同的 CO₂混合比、太阳常数、轨道参数等，同时还对一些难以确定的因素进行了合理假设，如地形、陆地表面类型、海洋深度等。

研究结果

1. 限制埃迪卡拉纪晚期冰期的 PCO₂范围：根据岩石和化石记录，埃迪卡拉纪晚期冰期并非雪球地球式的大冰期，这意味着冰川不太可能广泛延伸到热带地区，且 CO₂水平应不低于 35ppmv。研究人员通过模拟发现，当 CO₂为 35ppmv 时，模拟的厚雪深度（水当量 > 800mm，利于冰川局部发育）能解释超过 50% 的冰川记录，薄雪覆盖（<100mm）则解释其余部分。通过多次将 CO₂加倍模拟，直至模拟的雪分布无法解释冰川记录，从而确定了不同时期 CO₂的上限，如 580Ma 时为 70ppmv、575Ma 时为 140ppmv 等。此外，研究还发现真极移（TPW）不仅影响全球平均表面温度（GMST），还直接影响海冰分布。
2. TPW 对大陆风化和 PCO₂的调节作用：在 CO₂下限（35ppmv）时，可风化区域集中在温暖湿润的热带地区，全球总风化通量与热带大陆面积（CAT）几乎呈线性变化。若仅考虑气候对风化率的影响，由于 TPW 导致 CAT 减小和风化率降低，埃迪卡拉纪晚期冰期可能会中断。但实际上，TPW 使一些之前被冰川覆盖的大陆移动到低纬度地区并解冻（这些区域称为 DCA），DCA 表面的岩石具有高反应性，显著增强了大陆风化率。研究人员通过重新计算发现，考虑 DCA 的影响后，575 - 565Ma 期间，当 CO₂从 35ppmv 略微增加到 70ppmv 时，全球风化率就足以平衡火山 CO₂排放率（V_CO2），维持冰期持续。

研究结论与讨论

研究表明，埃迪卡拉纪晚期的 TPW 事件通过将之前被冰川覆盖的大陆快速移动到热带地区，维持了较高的大陆风化率和较低的 CO₂水平，使得冰川能够延伸到亚热带地区的长期冰期得以维持。持续的高风化率还增加了海洋中的营养物质水平，这可能触发了多细胞生物的多样化，如埃迪卡拉生物群中的白海组合，随后动物出现，并最终导致了寒武纪大爆发。虽然该研究存在一些不确定性，如模型中未包含陆地冰模型、对古纬度重建存在不确定性、忽略了一些岩石类型的影响等，但研究的主要目的并非精确确定 CO₂范围，而是展示在 TPW 导致大陆构型快速变化的情况下，大陆硅酸盐风化和 CO₂如何变化。该研究为理解埃迪卡拉纪晚期的气候演变和生物演化提供了新的视角，揭示了地球内部与表面相互作用对气候和生命演化的重要影响，在地球科学和生命科学领域都具有重要意义。