地矿科技｜地质历史上的大寒时节——雪球事件

大寒，是二十四节气最后一个，此时是中国大部分地区一年中的最冷时期，风大，低温，地面积雪不化，呈现出冰天雪地、天寒地冻的严寒景象。而在漫长的地质历史中，地球有一段时间处于整体的极度寒冷的“大寒时节”，被地质学家称作“雪球事件”，今天小编就带大家简单了解一下。

地球上曾经出现了两次最著名的冰期。一次是发生在大约100万年前的更新世，当时人类刚刚开始进化，因为地球围绕太阳的公转轨道出现变化，整个北大西洋沿岸的大陆边缘都铺上了厚厚的冰层。另一次则是大概21000年前，北美和欧洲的大部分地区被厚达2公里的冰层覆盖，并且导致海平面下降了120米之多，这次5亿年以来最残酷的冰期至少影响了地球表面30%的地区。 但是这两次冰期，都没有发生在8亿—5.5亿年之间的全球性冰期事件来得更戏剧和更残酷。在很久之前发生的雪球地球事件使得整个地球被冻成一个大雪球，导致无数物种灭绝。

 

这是太阳系目前很著名的“冰冻星球”木卫二，你很难想象，7亿年前的地球，有可能也是这个样子。

通过对于地质沉积物以及其他地质证据的研究，多年以来科学家一直认为8亿到5.5亿年之间地球一直处于完全冰冻状态。这方面的研究是从1960年代开始的，人们就假想地球诸大陆曾经遭受过一次严重的冰冻，时间是迄今约7.5亿到5.8亿年前。这个时期地史上称为冰冻期。后来古生物学家W. Brian Harland指出该时期的冰渍沉积物遍布全球，并提出那个时候全球冰封的观点。

科学家认为，在雪球地球时期，地球的平均温度低于现在全南极的平均气温，和现在南极内陆的平均温度接近，达到了零下40-50摄氏度。我国南极昆仑站所在的南极冰穹A区域，年平均温度约为-54摄氏度，是南极最冷的区域之一。雪球地球时期，地球从高纬度的极地到低纬度的赤道区域，无论陆地还是海洋，全被被冰雪覆盖，冰层的平均厚度可以达到1公里，大约是333层楼高。

 

“雪球地球”

目前对这一事件还存在争论，很多地质学家提出了不同的假说，主要的有以下四种：

1、冰室效应说    最早提出“雪球地球”理论的美国加州理工学院研究小组发现，使早期地球变成雪球的罪魁祸首很可能只是一种细菌，它释放出的氧气破坏了可使地球保持温暖的关键气体——甲烷。 科学家推测，在23亿年前，一种叫蓝菌或蓝绿藻的细菌突然发育出分解水及释放氧气的能力，大量的氧气使当时大气中丰富的温室气体甲烷很不稳定。在至少10万年的时间内，温室效应被破坏，地球没有了甲烷，全球温度下降到零下50摄氏度。地球进入冰河期后变得十分寒冷，赤道海洋被大约1.6千米厚的冰层覆盖，大量生物死亡，只有转入地下或在热温泉中的生物才能得以生存下来。

2、泥泞地球说   对于雪球地球观点的最早争辩始于1989年，之后持反对观点的科学家对此进行了更加猛烈的攻击，其中最具代表性的就是加拿大多伦多大学的三位物理学家。2008年4月，他们设计了一种新原生代末期二氧化碳计算机模拟，新原生代末期是海洋氧气生成的重要时期。 这三位物理学家指出，计算机模拟显示，持续的寒冷气温将使大气中的氧气散布到海洋底部，通过光合作用进而转化成为富含溶解有机碳的地质层，最终形成二氧化碳气体。这些二氧化碳气体将从海洋中释放回到大气层中，通过温室气体效应加热大气层空气，在地球冰冻冷却循环周期之前，诱导海洋冰层逐渐融化、冰河逐渐缩小。 换句话讲，地球在8.5亿—5.5亿年前的成冰纪并不是一个冰冻的雪球，当时的地球很可能是气候温和、土壤泥泞，热带地区的海水处于非冰冻状态，海水可以与阳光进行充足的光合作用。这个时期并没有大量火山喷发的二氧化碳气体，也没有持续冰冻上亿年。

3、阳光阻隔说    科学家认为“雪球地球”时期的火山喷发向大气层释放了大量硫颗粒，阻滞阳光照射大地，从而使地球温度下降。地质科学家麦克唐纳指出，这意味着调查这种地球历史的“自然实验”十分重要：“这会告诉我们远比电脑模型更多的东西。”

4、反射学说    J.L. Kirschvink认为，当时在中高纬度的反照率是很高的，形成大量冰川，然后海平面下降，导致了陆地面积增加，陆地增加进一步增加了地球的反照率；同时，热带地区大陆增加有利于硅酸岩风化，有利于大气中的CO2埋藏，加强了“冰室效应”。这两个因素的不断影响，导致了地球不断变冷，从而形成一个“雪球”。在形成“雪球”之后，因为地球的火山作用，不断释放出CO2等温室气体，经过长期积累，这些气体终于足够强大，产生了巨大的“温室效应”，地球温度升高，所以又融化了。

火山的及时救援，让地球从全面的凝结中，苏醒了回来。

经过计算，当时冰盖有1公里厚，推进到赤道附近，地球温度下降到零下50°C左右。因为被冰雪埋藏，光合作用和大陆的硅酸岩风化作用都被终止，但是地球的火山活动还在继续，向外释放了大量的CO2。经过长达1000万年的积累，这些CO2终于足够强大，形成“温室效应”，从而迅速融化了“雪球地球”，在融化的时候整个海洋温度能够达到50°C以上。

解冻研究美国加州理工学院研究小组还证明了一个机制，借助这一机制，地球才能摆脱“雪球地球”。在变成“雪球地球”后大约几千万年里，地球的二氧化碳积聚到一定程度，闪耀的亮白色冰层能反映太阳光线和热量，因此雪球在2亿年间一直处于像冰冻的雪球。最终，由火山喷发出的二氧化碳温室气体进入空气中，由此地球气候逐渐转暖，厚厚的冰层也慢慢融化。温室效应再一次发生了，地球温度又逐渐升高，冰层融化，生命重返地球。研究小组的科学家认为，如果地球环境继续恶化，地球有可能再次成为“雪球”，地球上的生物将面临被再次毁灭的危险。