全球掩蓋在冰之下的「雪球地球」情景,陽光入射量迅速減少是觸發關鍵

2020-12-05 十輪網

歷史上，地球至少有2次全球被覆蓋在冰雪之下，連海洋都凍結，稱為雪球地球，但確切的觸發因素仍然未知。最近科學家提出一種新理論來解釋，有別於以往認為是太陽輻射量降到閾值之下才引發，麻省理工學院科學家指出，地球步調被打亂、短時間內陽光入射量迅速下降就會引起這種現象。

雪球地球（Snowball Earth）一詞是為了解釋一些地質現象而提出的假說，由加州理工學院地質教授Joseph Kirschvink於1992年首度使用。該理論指出新元古代（Neoproterozoic，符號NP）曾發生過一次嚴峻冰河期，當時地球海洋全部被凍結，地球表面全部被冰川覆蓋。僅厚達2公裡的冰層下存有少量因地熱而融化的液態水。

雪球地球情景與冰河期（ice age）不同，冰河時期是地球大氣與地表長期處於低溫、導致極地冰蓋與高山冰川大幅擴張覆蓋整個大陸的一段時期，目前最後一個冰河期結束於約11,000年前，但與雪球地球相比，冰河期只是小巫見大巫。

不過目前還找不太到觸發雪球地球的成因，長期以來，研究人員認為雪球地球的形成與入射陽光、冰反照率反饋和全球碳循環之間的平衡有關，即陽光輻射通量或二氧化碳通量變化降低到閾值之下，由於抵達地球表面的陽光入射量大減、或二氧化碳大幅逸散到外太空，便導致全球冰川化。

但是麻省理工學院科學家Constantin Arnscheidt提出另一種解釋：如果陽光輻射通量或二氧化碳通量並未超過臨界閾值、而是變化的速率超過閾值呢？

在新模型中，研究人員模擬了冰河期的地球動力系統──主要是冰反照率反饋（ice-albedo feedback）與碳酸鹽－矽酸鹽循環（carbonate-silicate cycle）的相互作用，結合入射和反側的太陽輻射、地球表面溫度、大氣中二氧化碳濃度、風化作用對吸收與反射太陽輻射等變量，觀察究竟是哪些條件引發雪球地球。

冰反照率反饋屬於積極反饋，隨著地球凍結接近雪球地球，結冰的表面將更多陽光反射回外太空，反過來又加速了進行中的冷卻效果。但隨著地球表面的冰變多，碳酸鹽－矽酸鹽循環卻亂序了，被冰層密封的巖石吸收大氣碳的能力降低，因此大氣實際上會積累二氧化碳產生溫室效應，最終使行星脫離冰河期，這也是理論上為何雖然存在冰反照率反饋、但地球不會陷入永久雪球地球狀態的原因。

模擬結果表明，當太陽輻射量以比臨界速率更快的速度下降，就算沒有達到陽光入射量臨界閾值，引發雪球地球的機率也更大。Constantin Arnscheidt估計，太陽入射量如果在10,000年時間內迅速下降約2%，就會進入雪球地球時代。

地球上有哪些機制過程可能導致陽光入射量迅速減少？研究人員指出：火山爆發把大量氣膠噴入大氣、或是某些原始藻類可促進光反射雲形成等，都有可能觸發雪球地球。

這項模擬告訴我們不只要警惕氣候變化的幅度，還要多關注變化速度，並注意人為活動是否可能誘發導致陽光入射量減少的臨界點。新論文發布在《皇家學會報告A》（Proceedings of the Royal Society A）。

（首圖來源：Stephen Hudson/CC BY-SA）

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  • 入射陽光的驟降可能引發了「雪球地球」
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    來源：科技日報科技日報北京7月30日電 （記者張夢然）「雪球地球」（全球冰凍）在地球歷史中至少出現過兩次，這些冰凍期的原因很大程度仍舊是未解之謎。而據《英國皇家學會會刊》近日刊登的一則研究，「雪球地球」或是陽光輻射短時間內嚴重匱乏所導致。這一研究也許會改變天文學家對宜居星球的看法，同時提醒科學界警惕某種方式會將行星推到超過臨界閾值的水平。
  • 形態各異的冰:地球就曾經是一個「大雪球」
    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。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。
  • 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。
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  • 人類如何應對雪球事件(雪球地球)?看後真的驚呆了!!
    從那以後，該假說得到了全球地質學家的逐步認可和完善。地球上發生過多次雪球事件，形成過多次雪球地球，每次覆蓋程度各異。另一次則是大概21000年前，北美和歐洲的大部分地區被厚達2公裡的冰層覆蓋，並且導致海平面下降了120米之多，這次殘酷的冰期至少影響了地球表面30%的地區。更戲劇和更殘酷的全球性冰期事件，發生在8億—5.5億年之間，使得整個地球被凍成一個大雪球，地球表面從兩極到赤道全部結成冰，只有海底殘留了少量液態水，導致無數物種滅絕，幸好人類不在其中。
  • 「雪球地球」是啥?雪球地球時期,地球真的有那麼冷嗎?
    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。
  • 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。
  • 研究稱:地球曾是一個「雪球」
    有人提出，當地球繞太陽公轉的時候，遇到一個特別厚重的雲層，裡面的塵埃粒子大量進入地球的大氣層，阻擋了陽光的熱輻射，於是地球溫度就會下降，並最終形成「雪球地球」；也有人認為是小行星或者彗星的撞擊激起大量塵土遮天蔽日，最後導致「雪球地球」的形成。還有人認為，地球是否寒冷，取決於地表接受太陽輻射的強度。現代冰川作用主要局限於高緯地區，就是因為那裡太陽輻射弱。
  • 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。
  • 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。
  • 7億年前地球為何變「雪球」?
    北京時間3月15日消息，據國外媒體報導，約7億1700萬年前，一種神秘現象橫掃全球，將地球變成了「雪球」。而差不多就在同一時期，如今從阿拉斯加到格陵蘭島之間的地區出現了密集的火山活動。近期一項新研究指出，多年連續的火山爆發正是雪球效應的根源。火山噴發使大量氣溶膠進入大氣，導致地球溫度迅速下降。哈佛大學研究人員指出，「雪球地球」和大規模火山爆發的同時存在絕非巧合，「我們知道火山活動會對環境產生巨大影響，因此這兩起事件間的聯繫是我們研究的重點。」自然科學教授弗朗西斯·麥克唐納（FrancisMacdonald）表示。
  • 《流浪地球》裡全球冰凍是真的 7億年前,地球就是個大雪球!
    課題組成員之一，中國科學院南京地質古生物研究所博士後郎鹹國介紹說，那時全球平均氣溫約為零下50℃，而且雪球狀態持續時間特別長，最長的一次冰期接近5500萬年，緊接著又冰凍了1500萬年的時間。　　「雪球地球」沒有想像的那麼冷　　上世紀九十年代，美國學者提出「雪球」概念，引起了科學界廣泛關注。然而， 2000年，「雪球地球」受到廣泛質疑。
  • 24億年前大雪下了整整3億年,赤道被冰雪覆蓋,地球凍成了雪球
    隨著冬天的到來，一波冷空氣席捲了全球。科學家表示，因為拉尼娜現象的出現，今年的冬天比往年的冬天還要寒冷，甚至有人提出，是不是地球將要迎來最寒冷的冬季。其實並不是，就在24億年前，地球層級經歷過一次最寒冷的時期，一場大雪足足下了3億年，就連地球最炎熱的地方赤道都沒有躲過結冰的浩劫，就在那次寒冷的冰期，地球被凍成了雪球，那麼問題來了，炎熱和寒冷哪個更為可怕呢？
  • 「雪球地球」原因有新說(圖)
    哈佛大學一項研究表明，持續約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。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。導致「雪球地球」時期出現的原因充滿了謎團，目前，科學家聚焦研究7.17億年前「雪球地球」時期的斯圖特冰期，該時期地球從無冰狀態進入「雪球地球」，在地質歷史記錄中出現最顯著的氣候變化。　　哈佛大學地質學家艾倫·魯尼說：「最令人感到驚奇的是該冰期的持續時間。」斯圖特冰期與羅迪尼亞遠古大陸分裂的時間相吻合，當時赤道地區出現大量火山活動，暗示著斯圖特冰期可能起源於地質構造活動。
  • 6億年前的雪球地球,冰川蔓延到赤道,氣溫低至-50℃,原因成謎
    （圖片說明：雪球地球假想圖）而且，雪球地球不僅僅是持續的時間長，影響範圍也極廣，可以說波及到了全球，甚至出現了-50℃的極低溫度。有人認為是太陽輻射減少導致的，有人則參考溫室效應，認為是當時二氧化碳含量降低導致地球溫度迅速流失。不過，實際情況是，雪球期的溫度下降非常快，僅僅是這兩個因素，都不足以解釋我們現在的考古證據。可能導致地球出現冰川的原因有很多，但有趣的是，冰川的形成是一個滾雪球的過程。