雪球地球:證據與成因

距2029年5月19日北京工體（鳥巢）

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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。那麼我們是如何知道地球曾經被冰封，它為什麼會被冰封，在後來又為什麼解凍了,生命是如何挺過難關延續下來，歷史上的大冰凍給如今的地球又留下了哪些饋贈？好了我要開始編了。

雪球地球

首先我們來看看全球冰凍的證據何在。主要有兩個證據，一是與周圍地層格格不入的「墜石」。我們知道，冰川在陸地上緩慢移動時，會捎帶上大小各異的巖石，這樣的冰川最終移動到海洋中形成浮冰，也被稱作「冰筏」。當冰筏逐漸融化時，所攜帶的巖石就落到了距其原生位置很遠的海洋沉積物中並堆積起來，這樣的巖石就被稱為「墜石」。像這樣突然出現的和周圍地層明顯不同的巖石沉積物，除了冰筏搬運這種方式之外，幾乎沒有其他的可能。研究發現，冰川搬運而形成的墜石，在世界各地相同地質年代，即7億-6億年前的地層中均有發現，這無疑就是曾經發生大規模全球冰凍的證據之一。

第二個有力的證據是巨大的鐵礦床。具體來看是一種巨大的條帶狀含鐵建造，在7億-6億年前形成的地層中，條帶狀含鐵建造與冰川沉積物一同被發現，而正是為了解釋赤道附近冰川和條帶狀含鐵建造的同時形成，科學家於上世紀90年代提出了「雪球地球」假說。那麼這種含鐵建造到底是怎麼形成的呢？我們知道在海底存在著海底熱泉，鐵等金屬元素可以通過這些熱液噴口，與水一同被噴出。不過，僅僅靠熱泉噴出的金屬元素，還遠遠不足以形成巨大、宏偉的礦床，這些巨大的條帶狀含鐵建造的形成，需要有大量的鐵迅速被同時氧化才能實現。要想達到這一目標，目前雪球地球假說是最有說服力的。

條帶狀含鐵建造

雪球地球假說認為，在數百萬乃至上千萬年間，不僅是陸地，甚至包括海洋在內的全部地球都被厚厚的冰層所覆蓋，這就像是給地球蓋上了一層大棉被，使得生活在昏暗的海洋中的生物無法再進行光合作用，由此導致海水中的氧濃度逐漸降低，於是，以鐵為首的金屬元素，無法得到氧化，只能以離子的狀態在海水中溶解並積聚起來。不過，隨著冰層的解凍，一直停滯的光合作用突然重新啟動，海水中的氧濃度急劇升高，於是，海水中溶解的大量鐵離子一齊被迅速氧化，最終便形成了巨大的條帶狀含鐵建造。不過這些礦床呈條帶的原因，至今還不清楚。

總之正是有了以上兩個強有力的證據，使人們相信，地球歷史上曾發生過全球大冰凍事件，而且至少是三次。那麼地球為什麼會被凍住呢？

很遺憾，地球凍結的原因，至今也未能被完全解讀，所以有著各種各樣的假說。好在不管是哪種假說，它們都有一個共識，那就是二氧化碳和甲烷等溫室氣體的減少，是引起地球變冷的契機。那麼溫室氣體特別是二氧化碳為什麼會突然減少呢？

關於23億年前的大冰凍事件，溫室氣體減少的原因人們還不清楚，有可能與大氧化事件有關，當時海洋中海藻數量急劇增加，大量海藻的光合作用消耗了大量的二氧化碳，最終使得溫室效應被嚴重削弱。由於歷史太過久遠，目前已難以考證。而至於7億-6億年前的冰凍事件，則可能與羅迪尼亞超大陸的分裂有關。

大約在9億年前，絕大部分陸地在地球的赤道附近匯聚，形成了一塊巨大的大陸，這便是羅迪尼亞超大陸。不過天下大勢合久必分，在大約7.5億年前，羅迪尼亞超大陸開始分裂，分裂形成的各個大陸之間被海水填充。於是，曾經位於羅迪尼亞超大陸內陸的乾燥地區，也漸漸有了降雨。雨水溶解了巖石中的鈣等金屬元素，並將其帶入海水中。進一步的，這些金屬元素和溶解在海水中的二氧化碳發生反應，形成碳酸鹽沉積在海底。我們知道，地球上存在著碳循環，於是大氣中的二氧化碳就以這種形式漸漸地在海底積聚。隨著超大陸的分裂，雨水帶入海洋的金屬元素急劇增多，沉積在海底的二氧化碳也隨之增多，由此導致了大氣中的二氧化碳含量銳減，地球開始變冷，最終全球凍結。

羅迪尼亞超大陸

不過這裡面還有一個問題，那就是隨著二氧化碳的減少，地球會慢慢變冷，但同時隨著地球變冷，降雨也會減少，這樣一來，二氧化碳的減少應該隨之得到抑制。所以，超大陸分裂引起溫室氣體減少這一假說，恐怕還不足以解釋地球為什麼會冷到全球凍結的地步。為此，還有很多假說被提出，比如有假說認為，在超大陸分裂的同時，地下噴出的熔巖形成了一種被稱為「溢流玄武巖」的極易風化的巖石，這些巖石覆蓋了大陸，隨著雨水溶解其中的金屬離子並帶入海洋，導致二氧化碳在海底大量積聚。還有假說認為，作為二氧化碳來源的火山活動突然間變衰弱了，這也導致了二氧化碳的產生在不斷減少。總之，這個話題仍然充滿爭議，反正不管怎麼樣，二氧化碳就是驟減了，地球開始變冷。

由於太陽光照的緣故，地球的高低緯度之間存在著固有的溫度差異，所以隨著地球的變冷，南北極率先被冰層覆蓋，同時一部分高山上也有冰川形成。一般來說，陸地被冰層覆蓋形成冰川後，就不太容易被化學風化了，於是二氧化碳的減少也會隨之得到抑制，地球變冷也就停滯了。但當時所有的大陸都集中在赤道附近，赤道的溫度本就比較高，風化作用顯著，所以，冰層的面積雖然在從高緯度向低緯度不斷擴大，但風化並沒有停止，大氣中的二氧化碳還在不斷減少。就這樣，隨著地球的變冷，覆蓋在地球表面的冰層也在不斷擴大。

冰層一擴大，一個顯著的變化出現了，那就是地球對陽光的發射率驟然上升，隨著越來越多的陽光被反射回去，地球吸收到的太陽輻射就越來越少，這進一步加劇了全球變冷。如此這般這般如此，冰層的形成就對地球變冷起到了促進作用，這被稱為「冰雪反照率反饋」，最終地球在短短數百年間就被完全凍住了。

那麼既然有這一反饋機制存在，地球應該被永遠凍住才是，為什麼後來又解凍了呢？是誰融化了她冰冷的外表，給她春天般的溫暖，請看下集。