形態各異的冰:地球曾經就是一個 「大雪球」

2020-11-25 IT之家

據國外媒體報導,我們可以在世界各地發現各種各樣形態的冰。冰不僅僅是水被冷凍的結果,各種形態的冰可以告訴我們其所處環境的故事,包括它們如何隨季節變化並顯示地球氣候變化趨勢。

科學家研究了從冰蓋、冰川等大型冰層結構深處採集的樣品,揭示了當地氣候在數百年時間裡的變化,並幫助預測了未來的氣候變化趨勢。接下來,就讓我們來了解世界各地不同類型的冰,以及用來描述它們的術語。

冰川

根據美國國家冰雪數據中心(National Snow and Ice Data Center,簡稱NSIDC)的介紹,冰川是陸地上的大型淡水冰體,來源於積雪,最終由於自身過於沉重而被壓縮成冰。冰川的範圍從一個足球場(長度110米左右)到數百公裡不等,在每個大陸都有分布。

從本質上來說,冰川其實是較小的冰帽和冰蓋,它們都是規模龐大的冰體,可以緩慢地穿過地表景觀,無論其下方是什麼。班傑明·愛德華茲(Benjamin Edwards)是美國賓夕法尼亞州狄金森學院的火山學家,主要研究冰川和火山的相互作用,他表示,這些緩慢移動的巨大冰體可以橫越整個山脈甚至活火山。

冰川會在與海洋相遇的地方停止生長,較溫暖的鹹水融化了淡水冰體的邊緣。賈斯汀·伯頓(Justin Burton)是美國喬治亞州埃默裡學院的物理學家,主要研究冰川消失的物理學機制。他表示,海水溫度的不斷升高加快了冰川和其他冰體(比如海洋中的冰山或海洋邊緣的冰架)的融化速度。冰川是指示氣候變化的最佳指標之一,因為它們在短短幾天的時間尺度內就會經歷可見的變化。

冰山

根據美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的介紹,冰山是海洋中漂浮的大塊冰體,它們從冰川、冰蓋或冰架上斷裂並落入海洋。一塊浮冰如果要成為冰山,其海平面以上的高度要在4.9米以上,厚度在30到50米之間,覆蓋面積至少為500平方米。

根據美國國家冰雪數據中心的介紹,因為太小而不能歸為冰山的浮冰會被賦予更加豐富多彩的名稱。例如,「冰山塊」(bergy bit)通常是指從冰山上碎裂、寬度不到5米的冰塊;「小漂冰」(growler)要更小一些,大約與一輛皮卡車相當;「碎冰」(brash ice)就更小了,通常寬度在2米以下。

冰山不一定要像山峰一樣,有時也可以呈平板狀,這表明它是從冰架邊緣斷裂的。在北極還有「冰層島嶼」(ice islands),這些巨大的矩形冰體通常具有平坦的頂部,與側面幾乎垂直。

冰蓋

冰蓋是世界上最大的冰體形態,指的是覆蓋了超過5萬平方公裡陸地的連續冰川。地球上只有3個冰蓋,分別是格陵蘭冰蓋、東南極冰蓋和西南極冰蓋。在末次冰期,冰蓋還曾經覆蓋了北美洲、南美洲和歐洲北部的大片地區。

據美國國家冰雪數據中心介紹,目前地球上超過99%的淡水都被保存在格陵蘭島和南極洲的冰蓋中。科學家估計,如果格陵蘭島的冰蓋融化,海平面將上升大約6米;而如果南極洲的兩個冰蓋融化,海平面將上升約60米。不過,這些冰蓋的融化需要數百年的時間。

過去幾十年裡,南極洲的部分冰蓋正在逐漸融化。班傑明·愛德華茲表示,儘管看起來只有相對少量的冰蓋融化,但已經足以導致大陸的升高,就像末次冰期末段的冰島一樣。當時,冰島經歷了一段火山活動增加的時期,可能正是由於地殼在冰體重壓減輕之後的反彈。同樣的情況也可能出現在西南極洲,「不過我們還沒有真正了解這一區域,因此也不能確定,」愛德華茲說道。

冰帽和冰原

冰帽是一種巨型的圓頂狀冰體,覆蓋少於5萬平方公裡的陸地面積(超過5萬平方公裡的稱為冰蓋)。這種冰體結構通常形成於極地,大部分較為平坦,所處海拔較高。瓦特納冰川(Vatnajökull)就是位於冰島東南部的一個冰帽,也是歐洲最大的冰帽,覆蓋面積約為8100平凡公裡,平均厚度為400米。

冰原和冰帽在大小和分布上非常類似,唯一的區別是冰體流動受到周圍環境影響的方式。冰原包含著從冰體表面突出、可以改變冰體流動的山脈和山脊,就像溪流中分開水流並露出水面的巨石。相比之下,冰帽通常以山丘最高點為圓頂中心,冰體從中心向邊緣移動。因此,冰帽並不受限於地形,而冰原受限於地形,也不像冰帽那樣具有帽形外觀。

冰混合物

冰混合物(ice mélange)本質上是一種大型的「冰泥」,形成於由海冰、冰山和小型浮冰組成的冰川峽灣中。當海流和海面風無法將冰塊移出峽灣時,就會導致冰混合物形成,並成為冰川和海洋之間的部分邊界。

賈斯汀·伯頓表示,冰混合物被認為是世界上最大的顆粒物質,因為冰泥中含有大量的懸浮沉積物和液體。

由於冰混合物不是固體冰,因此相對溫暖的海水可以通過冰混合物滲透到冰川表面。這一特徵意味著冰混合物對冰川斷裂的程度,以及有多少淡水進入峽灣有重要影響。

冰架

根據美國國家冰雪數據中心的說法,地球上絕大多數冰架都位於南極洲的海岸附近,但是在其他陸地冰體(比如冰川)流入寒冷海洋的地方,也可以發現冰架的存在。冰架由連接陸地且浮在海上的大片水冰組成。當冰川或冰原的冰緩慢流入海洋時,由於海水溫度較低,冰塊不會立即融化,來自冰川的更多冰流便逐漸累積,形成了冰架。

冰流

冰流是冰蓋中的「河流」,其流動速度相對快於周圍的冰體,通常每年平均移動800米。

格陵蘭島的雅各布港冰川(Jakobshavn Glacier)是世界上流速最快的冰川,有時被歸類為冰流。根據2014年發表在《冰雪圈》(Cryosphere)期刊的一篇文章,雅各布港冰川每年移動的速度是17公裡。

海冰

海冰是冰凍的鹽水,存在於偏遠的極地海洋中。據美國國家冰雪數據中心的數據,海冰平均每年覆蓋的面積約為2500萬平方公裡。

海冰對極地地區的生態系統和氣候至關重要,並且可能影響海洋環流和全球氣候。這些鹽水冰塊可以最大限度地降低波浪和風的作用,從而減少海岸線附近冰架和冰川受到的侵蝕;另一方面,它們還能創造一個絕緣的表面,減少水的蒸發和損失到大氣中的熱量。在溫暖的夏季,融化的海冰會將營養物質釋放回海洋,並使海面暴露在陽光之下,這兩者都會刺激浮遊植物生長,而浮遊植物是海洋食物網的基礎。

隨著地球氣候的快速變化,海冰的融化速度已經比重新凍結的速度更快。這一現象在北極尤為明顯,那裡的海洋和陸地溫度上升速度比地球其他任何地方都快。

雪球地球

根據《達特茅斯本科生科學期刊》(Dartmouth Undergraduate Journal of Science)的報導,地球上曾經存在過一個「雪球地球」時期。當時地球絕大部分區域都被凍結。

「在7.5億到5.8億年前發生的4次冰期可能非常劇烈,以至於地球的整個表面,從南極到北極,包括各個海洋都完全凍結了,」埃默裡大學牛津學院的環境科學家梅麗莎·海奇(Melissa Hage)說,「一旦極地海洋開始凍結,被白色表面反射出去的陽光就更多,從而增強了冷卻效應。」

科學家估計,在這些冰期中,地球上的平均溫度降低到了零下50攝氏度,水循環(水在大氣、海洋和陸地之間的循環)也停止了。

但是,對於地球是否完全凍結還存在一些爭議。如果在赤道地區還存在一些泥水或開放水體,那陽光可以照入水中,使一些生物能存活下來。

科學家認為,在某些時候,大氣中二氧化碳含量的增加(最有可能是火山爆發)會使氣溫升高,最終重新啟動水循環。在二氧化碳的基礎上,空氣中水蒸氣的增加會觸發一段升溫時空的時期,使地球溫度在幾百年裡上升到50攝氏度。地球軌道或軸向傾斜的細微改變最終使地球的平均溫度穩定在目前能支持生命的14.9攝氏度水平上。

加州大學古生物博物館稱,研究顯示寒武紀生命大爆發就發生在雪球地球時期結束的時候。寒武紀生命大爆發開始於5.42億年前,持續了大約4000萬年,其化石記錄中出現了絕大多數的動物門類。

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  • 為什麼地球曾經是一個「雪球」?
    最新一項研究表明,持續0.5億年的「雪球地球」時期的形成與火山巖俘獲二氧化碳有著密切關係。該研究報告發表在12月16日出版的《美國國家科學院院刊》上。雖然當前冰層主要覆蓋在地球極地,但科學家對遠古巖石分析發現在某一時期冰層覆蓋著全球。
  • 地球曾經兩次變成大雪球,讓一批古生物滅絕,卻帶來生命大爆發
    如果他們知道地球曾經寒冷的樣子,那麼現如今的寒潮可被稱為「暖風」了。地球雪球事件有研究數據表明,地球上至少有兩次變成大雪球,整個地球的氣溫達到-50°C以下,被超過100米的冰雪覆蓋,海洋的冰層厚度達到1000米,變成如木衛二、冥王星、海王星一樣的冰凍星球。
  • 人類如何應對雪球事件(雪球地球)?看後真的驚呆了!!
    一、概念雪球事件(或雪球地球):是為了解釋一些地質現象而提出的概念,主要認為在新元古代時候曾經發生過一次嚴重的冰川,以至於地球上的海洋全部被凍結,僅僅在厚達兩公裡的冰層下存有少量因地熱而融化的液態水。這個假說已經提出有幾十年了。加州理工學院地質教授Joseph Kirschvinck於1992年首度使用「雪球地球」這個詞。
  • 雪球地球:證據與成因
    研究認為,在歷史上,地球曾三次完全被冰層覆蓋,一次發生在約23億年前,另外兩次發生在約7億-6億年前,這三次冰凍事件使得藍色星球變成了一個大雪球,這便是所謂的「雪球地球」事件。在全球冰凍的時期,地球上的環境是極端惡劣的,平均氣溫只有-40℃,大陸和海洋都被上千米厚的冰層覆蓋,大多生物瀕臨滅絕。
  • 7億年前「雪球地球」或仍有生命存在
    夏日炎炎,你是否想過現在炎熱的天氣在7億年前,無論是不是春夏秋冬都是冰雪覆蓋的樣子,沒有炎熱,只有嚴寒,地球因為被冰雪幾乎完全覆蓋而成為了一個「雪球地球」,如果一年四季都是這樣,南方的朋友還會羨慕北方的大雪時候的樣子麼?
  • 《流浪地球》裡全球冰凍是真的 7億年前,地球就是個大雪球!
    電影《流浪地球》中的場景。  中國江蘇網訊 在電影《流浪地球》中,當地球接近木星軌道,離開宜居帶時,從一顆蔚藍色的水球變成了雪白色的冰球。不過,像這樣的全球冰凍並非只是科幻故事。有足夠的證據表明,現實世界的確發生過,這就是著名的「雪球地球」假說。
  • 研究稱:地球曾是一個「雪球」
    在我國南方,老一輩地質學家也注意到了這一時期的冰川沉積物,劉鴻允先生就曾建議將這一冰期事件稱為「南華大冰期」。  經過更多的細緻研究和證據挖掘,科什溫克於1992年首次提出了「雪球地球」假說,認為在大約6億-8億年前的新元古代,曾有全球性冰期作用一直推進到赤道附近的海平面,這意味著地球變成了一個名副其實的「冰雪之球」。1998年,哈佛大學的霍夫曼(Paul F.
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    實際上就是冬季下的雪在夏季無法融化,這些雪花年復一年的堆積形成了冰川冰,冰川冰在重力的作用下沿著山坡向山腳下流動,從而形成的河流一樣的地貌。曾經有一部電影,叫做《冰河世紀》,電影名字裡面的冰河,實際上就是冰川。
  • 失控的雪球地球
    無論觸發過去冰川的特殊過程如何,科學家們普遍認為,雪球地球是由涉及冰反照率反饋的「失控」效應產生的:隨著入射陽光的減少,冰從極點向赤道膨脹,隨著越來越多的冰覆蓋地球,行星變得更具反射性,或者反照率更高,這將進一步冷卻表面,使更多的冰膨脹,最終,如果冰達到一定程度,這將成為失控的過程,從而導致全球冰川。
  • 「雪球地球」是啥?雪球地球時期,地球真的有那麼冷嗎?
    我們的家園地球,從外太空俯瞰就像一個藍色的星球,因為地球表面71%被湛藍的海水覆蓋。可曾想過,我們的地球也曾被白皚皚的冰川嚴嚴實實包裹過,以至於從外太空看就像一個白色的「雪球」。那麼何謂「雪球」呢?所謂「雪球」就是地球出現的極端冷氣候事件,氣溫低到零下40~50℃,冰川從極地一直擴延到低緯度甚至赤道,冰川厚度可達1公裡。在地球46億年的歷史中,極端冷氣候事件曾在三個時期出現過,即前寒武紀新元古代大冰期、石炭-二疊紀大冰期和第四紀大冰期。其中,地球在前寒武紀距今7.5億到5.8億年前,曾經歷了一次極其嚴重而漫長的冰河時代,全球先後出現了4次冰期。
  • 入射陽光的驟降可能引發了「雪球地球」
    也就是說,他們發現,當地球接收到的太陽輻射水平在地質上很短的一段時間內迅速變化時,地球可能會進入全球冰河時代。太陽輻射量不一定要下降到特定的臨界點;只要入射陽光的減少速度快於臨界速率,就會出現暫時的冰川,或者說雪球地球(Snowball Earth),隨之而來的就是暫時的冰川,也就是雪球地球(Snowball Earth)。
  • 幾億年前地球曾變身"雪球" 動物們是如何活下來的?
    圖1:藝術家們渲染的「雪球地球」在距今大約7.2億到6.35億年前,地球曾進入「低溫時期」。那時我們經歷了歷史上最極端的冰河時期,幾乎整個地球都處於「冰凍狀態」,因此當時的地球也被稱為「雪球地球」。圖3:寒武紀的生命大爆發是地球歷史上的巨大轉折點,這要歸功於進化的繁榮,產生了越來越大、結構複雜的動物事實上,地球上的生命在低溫時期到來之前就誕生了,但當時主要是單細胞微生物。
  • 地球變雪球的原因-冰河期
    在地球歷史上至少有兩次,幾乎整個星球都包裹在一片冰雪之中。這些戲劇性的「雪球地球」事件在大約7億年前迅速發生,並且有證據表明,連續的全球冰河時代為隨後複雜的多細胞生命在地球上爆炸奠定了基礎. 但是,科學家現在說,「雪球地球」可能是「速率誘發的冰川」的產物.就是說,他們發現,只要在短短的地質時期內接收到的太陽輻射水平迅速變化,地球就可以進入全球冰河時代.太陽輻射量不必降至特定的閾值點;只要入射陽光的減少快於臨界速率,就會出現暫時的冰川或雪球地球.
  • 古老的「雪球地球」瞬間融化
    根據最新的科學研究,5億多年前,我們的星球是一個巨大的雪球,在太空中飛馳而過。在一個神秘的「雪球地球」事件中,冰川覆蓋了整個地球,直到赤道,地質學家認為地球在古代至少發生過兩次。現在,科學家們發現,最後一次雪球事件很可能是在大約6.35億年前的一瞬間結束的-這是一個地質學上快速的事件,可能會對當今人類驅動的全球變暖產生影響。冰,經過幾千年的積累「在不到一百萬年的時間裡融化了,」維吉尼亞理工學院和布萊克斯堡州立大學的古生物學家肖樹海(Shuhai肖)說,他也是這一發現團隊的一員。
  • 7億年前的「雪球地球」
    影片主要講述了北半球因溫室效應引起冰山融化,地球進入第二冰河期,龍捲風、海嘯、地震在全球肆虐的故事。實際上,像這樣的全球冰凍並非只出現在科幻故事中。有足夠的證據表明,現實世界的確發生過如此令人難以想像的宏大事件,這就是著名的「雪球地球」假說。「雪球」(snowball)正是我們的地球在7億年前的樣子——從極地到赤道,到處都是冰蓋,氣溫下降到零下50℃以下。
  • 7億年前,誰讓「雪球地球」解凍
    此前,國內外研究專家對「雪球地球」的結束開展了大量的工作,但是一直以來高精度的數據還比較缺乏,尚不足以證實假說。  此次,中美聯合研究組通過我國華南地區兩個成冰紀地層中的高精度沉積物測年,為「雪球地球」的結束精確地測定「年齡」。研究人員對貴州東部地區一處斯圖特冰期之上的沉凝灰巖樣品進行測年,得到斯圖特冰期的結束時間為6.588億年前。
  • 「雪球地球」時期的生物是如何存活的?
    儘管處於這些時期的地球與現在截然不同,但也能幫助我們更好地了解地球、甚至人類自身。成冰紀就是一個這樣的例子。它處於約7.2億年至6.35億年之前,當時地球正在經歷有史以來最極端的冰河時代,整個地球都處於冰封狀態,因此被稱作「雪球地球」。如今地球上只有南極和格陵蘭島的部分地區常年覆有冰蓋。但在成冰紀時期,大部分地表都為冰雪所覆蓋。
  • 《流浪地球》中地表冰天雪地有依據嗎?地球可曾多次變成「雪球」
    在宜居帶內,溫度適中,有著濃密大氣的地球可以存在大量的地表液態水,為生命的孕育提供了良好的場所。但是這個宜居帶非常窄,據科學家估計,其內外邊界大約距離太陽0.9和1.5個天文單位(一個天文單位是地球和太陽的距離),最外靠近火星的軌道。一旦出了這個範圍,地球上的液態水要麼會蒸發,要麼會凝固成冰,不再適合複雜生物的生存。