地球心寒了几次？

冰河时代

在这个春暖花开，百花盛开，

十里桃花的季节。

小编就想这样不应景地讲讲

乍暖还寒的“雪球地球”或者“冰河时代”，

再把一首凉凉送给你。

 

 

 

什么是“冰期”和“间冰期”呢？

 

“冰期”是地球上极为寒冷的时期，气温降低，冰雪覆盖大地。“冰期”到来时，中、低纬地区到处是冰川，大量生物抵御不住严寒而死去。“冰期”过去，万物复苏，冰川消融，气候逐渐回暖，地球重新拥有了生气和力量。

 

地质历史时期，“冰期”与“间冰期”相互交替。地球所经历的冰期和随之而来的冰川作用，一般认为发生在以下几个时间：古元古代的休伦（Huronian）冰期，约在22.5亿年；新元古代晚期有三到四个重要的冰期，约在7.6~5.8亿年；古生代后期（石炭一二叠纪）卡鲁冰期（Karoo ice age），约3.6~2.6亿年；第四纪冰期，约在2.58百万年以来。

 

 

01

 

古元古代的休伦（Huronian）冰期

 

 

在南非、北美和芬诺斯坎底亚（芬兰、挪威、瑞典和丹麦）等地区发现古元古代低纬度冰川记录, 被认为是全球性的冰期事件。其中最确定无疑的是南非Makganyene冰碛砾岩和北美Huronian冰碛砾岩，这是冰川存在的直接证据。

南沱组的冰碛岩

 

全球性冰期事件被认为与大气氧化事件有关，大氧化事件就是在古元古代的初期，约24.5亿年氧气含量突然增高。正常来说，古元古代大气富含甲烷，能够保持地球表面温度在凝冻点以上。有人认为，古元古代大气氧气含量的上升降低了甲烷的含量并最终导致了冰期的发育。

 

约24.5亿年氧气突然增高（Ga为十亿年）

 

 

02

 

 

新元古代的冰期

 

 

 

约瑟夫·科斯温克（Joseph Kirschvink）在1992年发表的一篇有关元古代生物的长篇论文中提出“雪球地球”（snowball Earth）这一假说。哈佛的地质学家保罗霍夫曼（Paul Hoffman）将这一假说应用到纳米比亚新元古代的厚层冰碛岩，沉积特征表明冰碛岩当时位于海岸浅水位置，于是1998年8月28日在《科学》杂志上发表了关于新元古代的雪球地球的文章，轰动一时。2010年，弗朗西斯·麦克唐纳（Francis MacDonald）报道了古地磁的数据，证明罗迪尼亚超大陆此时位于赤道纬度。由此说明新元古代时期的冰期事件是全球性的，从赤道到两极都被冻住了，整个地球如同一个冰封的雪球。

新元古代冰期发生的次数、年龄、分布范围，以及其成因机制等问题还存在着很大的争议，所以设立了IGCP-512国际对比计划，协调各国的研究。科学家通过冰川沉积物的成分、结构、构造认识古冰川活动遗迹，应用一些地球化学的指标和给岩石或地层测定年龄的手段，最终确定新元古代时期有4次冰期，并限定了每个冰期的大致时间范围，其中有两次是全球性的冰期——Sturtian冰期（司图特冰期，7.18~6.60亿年）和Marinoan冰期（马林诺冰期，6.51~6.35亿年），和另外两次小的或是局部的冰期——Kaigas冰期（凯噶斯冰期，7.57~7.41亿年）和Gaskiers冰期（噶斯奇厄斯冰期，5.837~5.821亿年）。Marinoan冰期的全球化程度最高，对应于通常所说的“雪球地球”事件。

 

 

 

03

 

古生代后期（石炭一二叠纪）卡鲁冰期

 

 

在3.6~2.6亿年前，地球表面存在着巨大的冰盖。19世纪，在南非卡鲁盆地首次明确发现了冰期的证据，即冰碛岩，从而命名这一时期为卡鲁冰期。

冰碛岩

 

由于冈瓦纳大陆漂移，北非与劳伦大陆在赤道附近拼合，全球的洋流循环系统和热传输系统发生重大改变，致使大气圈 pCO2 降低、全球气候变冷、冰川活动加强，最终导致全球从泥盆纪的“温室地球”进入了石炭纪-早二叠世的“冰室地球”。

早石炭纪古地理重建图

 

最新研究表明，石炭纪-二叠纪冰室气候时期的大陆冰盖是由一系列不连续的冰期组成。目前，至少发现了两个小冰期：第一次在石炭纪早期（359.2~318.1Mya），冰盖从非洲南部和南美洲扩展。第二次在石炭纪后期（318.1~299Mya），冰盖从澳大利亚和印度扩展。

 

 

04

 

第四纪冰期

 

 

中国第四纪冰川的研究，始于著名地质学家李四光。

李四光在1921年就在山西大同及河北太行山东麓发现了冰川漂砾，识别出冰川流动形成的擦痕；30年代，又在江西庐山发现冰川沉积物，在鄱阳湖边发现具冰川擦痕的羊背石，并在安徽黄山发现U形谷削壁上的擦痕和冰川漂砾。

现代的冰川

在这些重要发现后，李四光先后发表了《扬子江流域之第四纪冰期》和《安徽黄山之第四纪冰川现象》等论文以后又出版了专著《冰期之庐山》。他提出庐山冰川可分为3个冰期，最老的为“鄱阳冰期”，规模最大；之后是“大姑冰期”；较新的是“庐山冰期”，规模最小。新中国成立以后，有学者又提出比“庐山冰期”更晚的“大理冰期”，在云南大理苍山找到了冰碛物。这样一来，第四纪就有了以上四大冰期，这四个冰期正好与20世纪初德国学者根据阿尔卑斯山第四纪冰川研究提出的四大经典冰期一一对应。但也有学者对第四纪我国东部到底有没有冰川提出过疑问。

而在中国西部，第四纪冰川的存在是没有疑问的。在天山南麓等区域找到过大量冰期存在的证据。冰川的出现对全球气候和生物发展的影响很大，特别是第四纪冰川，直接作用于人类的生存环境，研究和确认第四纪冰川既有特殊的理论意义也有普遍的现实意义，因此一直吸引着人们为此付出不懈的努力。

冰河时期的典型冰川作用

参考文献：

[1]孔凡凡,袁训来,周传明.古元古代冰期事件:山西五台地区滹沱群的碳同位素证据[J].科学通报,2011,56(32):2699-2707.

[2]赵彦彦,郑永飞.全球新元古代冰期的记录和时限[J].岩石学报,2011,27(02):545-565.

[3]郄文昆,张雄华,杜远生,张扬.华南地区下石炭亚系碳同位素记录及对晚古生代冰期的响应[J].中国科学:地球科学,2010,40(11):1533-1542.

[4]黄晶,储雪蕾,张启锐,冯连君.新元古代冰期及其年代[J].地学前缘,2007(02):249-256.

[5]认识地球，张维，中国科普博览丛书，中国发展出版社，2008.

 

美编：张志越

校对：陶   琴
 

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（地一眼编辑：杨为先）

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