约7亿年前，地球经历了两次“雪球地球”极端气候阶段，全球从极地到赤道几乎完全被冰层覆盖，海洋也大面积冻结，持续数百万年；学界此前普遍认为当时海洋极为寒冷，但由于缺乏直接证据，具体温度以及局部海水是否仍保持液态等问题一直难以定量解答。这也限制了科学家对当时海洋循环、物质迁移及潜生命栖息环境的准确重建。 为解决此难题，研究团队从古老沉积记录中寻找可靠的“温度信号”。他们创新性地利用铁同位素分馏特征作为“古温度计”，分析了“雪球地球”时期的典型沉积岩——铁建造。铁建造由富铁层与富硅层交替组成，是记录海洋化学变化的重要地质载体。研究发现，这一时期铁建造的铁同位素组成明显偏正，符合低温条件下的同位素分馏规律。据此推算，局部海水温度可能低至零下15℃，呈现极端低温特征。 然而，零下15℃的海水为何未完全冻结？研究深入提出，当时局部水体盐度极高，约为现代海水的四倍以上，高盐度使冰点降至约零下11℃，与同位素推算的温度数据相互印证。团队推测，这类“极寒—高盐”的特殊水体可能形成于巨大冰架底部的高盐卤水池或类似微环境中。其机制类似于现代极地的“冰泵”循环过程：冰架与海水相互作用导致盐分富集、密度差及水体交换，从而维持局部液态水的存在。 这一发现至关重要：首先，研究首次为“雪球地球”时期的海洋环境提供了直接、定量的温度和盐度数据，为有关模型提供了检验依据，有助于深化对全球冰封状态下海洋物理化学过程的理解。其次，“全冰封背景下仍可能存在液态水微环境”的结论为解释早期生命如何在极端气候中存续提供了新线索。若冰架底部或高盐卤水环境中存在稳定的液态水与化学梯度，可能成为微生物的避难所，揭示生命在地球剧烈气候变化中延续的潜在机制。 从更宏观角度看，“雪球地球”是地球气候系统剧烈变化的典型事件，其成因和终止可能涉及火山活动、温室气体积累、冰—反照率反馈及海洋—大气耦合等多重因素。此次研究为重建当时海洋温度下限提供了关键依据，也为探讨全球冰封时期的碳循环与海洋氧化还原状态演变奠定了基础，有助于理解地球系统在极端扰动下的稳定性与恢复机制。 未来研究可从三个上推进：一是扩大样品来源与地层对比，在不同大陆和沉积环境的铁建造及相关沉积序列中开展交叉验证，提升结论的全球代表性和时间分辨率；二是结合铁同位素与其他地球化学指标（如氧、硫、碳同位素及微量元素），进一步厘清低温高盐环境的形成条件、持续时间和空间范围；三是加强数值模拟与现代极地类比研究，将冰架底部循环、盐度富集与沉积过程纳入统一框架，为解释沉积信号提供机制支持，并提升对极端气候下海洋过程的预测能力。 随着同位素地球化学技术发展和分析精度的提高，更多“古温度计”和“古环境计”有望从沉积记录中被解码。远古海洋的温盐结构、冰下循环与化学分层将逐步从定性推测走向定量重建。未来研究若能进一步明确液态水微环境的分布及能量来源，将为“生命如何跨越全球冰封”这一重大问题提供更完整的证据链，并为探索地球宜居性在极端条件下的边界提供参考。
“雪球地球”是地球历史上最严酷的气候时期之一，我国科学家通过创新研究方法揭示了该远古极端环境的奥秘；这项研究不仅刷新了人类对地球过去的认知，也表明即使在最恶劣的环境中，生命仍可能找到生存空间。在全球气候变化日益严峻的今天，回溯地球历史上的气候巨变有助于我们更深入地理解气候系统的复杂性与脆弱性，为应对未来挑战积累科学智慧。