環(huán)境

7億年前冰封的赤道

"雪球地球"是指在距今約7.5億到5.8億年前,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(tài)水。雖然大量證據(jù)表明,大冰期在當時的確存在過,但對于地球是否完全被冰封依然存在很多爭論。最近,美國哈佛大學地質學家弗朗西斯·麥克唐納 (Francis Macdonald)領導的研究小組,通過對夾在冰川沉積物之間的加拿大火山巖進行研究,利用極為精確的鈾—鉛年代質譜測年法認定火山巖和冰川沉積物是在大約7.16億年前沉積形成的。此外,以前的研究結果表明,當時形成這些火山巖時加拿大正處于赤道附近。因此,可以毫無疑問地說,地球赤道曾一度被冰雪所覆蓋。但圍繞"雪球地球"還有許多謎團尚未解開,例如,僅憑借一個冰封的赤道,尚無法確定當時地球上冰雪覆蓋的程度。事實上,連"雪球地球"這一名稱可能也需要重新考慮,地球可能不是一個雪球,而更有可能是一個泥球。這是因為向外噴射灰燼的火山經(jīng)常爆發(fā),可能使得地球表面"布滿灰塵"。此外,當時植物尚未產(chǎn)生,臟兮兮的冰可能是地球表面吸收陽光的唯一"黑點"。這些區(qū)域更容易融化,從而產(chǎn)生適宜早期生命,如藻類和菌類茁壯成長的水體。在"雪球地球"時期,生命并未完全停止活動,部分生命形式存活下來,甚至不斷形成新的類型。認識地球歷史中的極端狀況,可以促進科學家認識現(xiàn)代氣候的變化。(Science2010,327:1241-1243)

地球早期大溫室存在嗎

40億年前,太陽比現(xiàn)在要昏暗30%,因此它無法為地球提供足夠的熱量,從而無法防止海洋變成永久的大冰原。但地質學證據(jù)表明,液態(tài)水在40億年前海洋形成時便存在。為了解釋這一難題,研究者提出當時二氧化碳氣體的濃度非常之高——大約是現(xiàn)今水平的100倍,因此大氣可以保持足夠的熱量,從而避免整個地球變成一個大冰球。最近,丹麥哥本哈根大學的地球科學家Minik Rosing率領的一個研究小組,對位于格陵蘭島西南部具有38億年歷史的磁鐵礦和菱鐵礦兩種鐵礦石進行了分析。此前科學家已經(jīng)知道,如果二氧化碳太多,則磁鐵礦無法形成,反之,二氧化碳太少,則菱鐵礦無法形成。因此,根據(jù)這兩種鐵礦石的比例,研究者推斷,太古代時期的二氧化碳水平不會高于1000 ppm,也就是說不會高于現(xiàn)今二氧化碳濃度387ppm的3倍,不足以彌補昏暗的太陽所缺失的熱量。那么到底是什么替代了二氧化碳為地球保溫呢。研究者給出了兩種可能的解釋,第一,地球的大陸塊在幾十億年前要小得多,這意味著海洋能夠吸收更多的太陽熱量;第二,由于地球上的生命都是剛剛形成的,有機體只會產(chǎn)生很少的氣體以幫助云團的形成,因此更多的陽光能夠直接到達地球表面。但有研究者提出現(xiàn)在就放棄溫室氣體的假設為時尚早,當時肯定還存在一些其他的溫室氣體。(Nature 2010,464:744-747)