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地球故事之三十一冰封地球——七億年前的寒冷景色

樓主:吉林大學博物館 時間:2019-12-09 16:12:47

春天來了,我們似乎毫無依戀地向冬天告別,因為這個冬天真的太冷了。在這個冬季,降溫、寒潮、暴風雪成了全球的主題詞;天氣預報中頻繁出現最大寒潮-范圍最廣-持續時間最長-最為嚴重低溫天氣過程等極端氣象術語;中國大范圍降溫、英國嚴寒、美國暴風雪,“炸彈氣旋”直接將體感溫度(綜合風力、濕度等影響因素的溫度)拉至零下69°C,連撒哈拉沙漠也下起了暴雪,真可謂是環球舞銀蛇,五洲馳蠟象。然而,地質學家們對此卻有點不屑,因為比起地球歷史中的嚴寒,這不過是一點涼風而已。

美國遭受的炸彈氣旋和中國山東半島的寒潮天氣(圖片來自百度圖片和網易新聞)

要說地球最寒冷的時期,當屬新元古代的冰川事件,超級寒冷出現在距今7.1—5.85億年前,稱為瓦蘭吉爾冰期,在中國叫做震旦紀冰期。那時的地球可謂真正的極端寒冷,海洋幾乎全部被凍結,在低緯度的赤道附近也是如此。大陸被冰雪所覆蓋,只有在大洋2km深的冰層之下的局部存有少量因地熱而熔化的液態水。地球表面冰雪蓋地,寒風呼嘯,狂風卷起的雪粒間,陽光顯得那樣無力和軟弱,沒有一絲溫暖,似乎被凍成了冷光,地球在低溫中變成冰球—雪球。美國加州理工學院地質學教授Joseph Kirschvinck于1992年率先將這次冰川事件稱為“雪球地球”。

雪球地球概念圖(圖片來自cnbeta.com)

地質學家們對雪球地球事件進行了大量研究,對其形成和演化提出了許多假說,也找到很多的證據。


究竟是什么力量讓寰球變得如此涼熱?代表性的說法是:早在新元古代的10億年前,地球赤道附近的陸地聚合在一起,形成了羅迪尼亞(Rodinia)超大陸。在7.5億年前,這個超大陸受巖石圈拉張而分裂,形成多個小陸塊,使得陸地海岸線驟增,其結果導致生物光合作用不斷增多及大陸硅酸鹽巖石大量風化。兩者作用的疊加結果是加劇CO2吸收,使之在大氣中不斷減少,溫室效應不斷減弱,全球溫度降低。隨著地球冰面的增加,增強了地面的反照率,地球變得更冷,“冰室效應”統治了地球。一個玉潔冰清的寒冷地球游蕩在宇宙中。

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? ? 雪球地球的形成示意圖(圖片來自百度百科)

在失控的冰凍狀態開始后不久,全球的平均溫度降至零下50°C。結冰海洋中冰塊的平均厚度超過1km。多數肉眼看不見的海洋生物死亡。寒冷的地球靠什么重回溫暖?是火山活動幫助了地球。在通常的火山活動進行了1千萬年后,大氣中二氧化碳的濃度慢慢增加,溫室效應重新取代了冰室效應。

紅線之間是雪球時期的冰川產物,上下是形成于溫暖海洋中的石灰巖層(圖片來自南京大學徐世進)

溫室效應將赤道處的溫度拉升到融點,附近海水升華產生水氣,在海拔更高的地方重新凍結,成為陸地冰川的一部分。最后在熱帶地區形成的未冰凍的水吸收更多的太陽能,開始使全球溫度有更快的增加。地球在經歷了大約1.3億年的冰封雪凍之后,又恢復了溫熱濕潤的環境。

真核生物-真菌(圖片來自360百科)

雪球地球的研究,對于認識晚前寒武紀生命演化非常重要。因為正是在雪球地球之后,地球的生命演化實現了一次大的飛躍,從簡單的真核生物演化成后生生物,首次出現多細胞動物。也許,正是雪球地球對生命進化過程的抑制才有了埃迪卡拉動物群的誕生和寒武紀生命大爆發,讓生命實現了優勢類群的反彈式崛起。


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