地球的“冰雪奇緣”

迪士尼3D動(dòng)畫(huà)電影《冰雪奇緣》憑借其精良的制作和引人入勝的情節(jié)，成為了迪士尼電影史上的另一座豐碑。在這部溫暖感人的電影中，安娜公主和偶遇的采冰青年克里斯托弗一同踏上了峰回路轉(zhuǎn)的大冒險(xiǎn)之旅，用真愛(ài)與信念幫助姐姐冰雪皇后艾爾莎破除了冰雪魔咒。電影運(yùn)用超現(xiàn)實(shí)的手法描繪了一個(gè)冰天雪地的神奇世界，但這種神奇場(chǎng)景卻極有可能發(fā)生在億萬(wàn)年前的地球上。

奇妙的“雪球地球

大約距今約10～5.4億年前的新元古代，地質(zhì)學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)地球曾發(fā)生過(guò)幾次嚴(yán)重的冰凍，那時(shí)地球表面的大部分區(qū)域均被冰雪所覆蓋，并且大部分海洋也都被凍結(jié)，為此地質(zhì)學(xué)家將其形象的稱之為“雪球地球”。

“雪球”來(lái)臨，地球上的平均溫度低至-50℃，赤道附近的溫度也僅有-20℃。從兩極到赤道，地球幾乎都是白茫茫的一片。在“雪球地球”的惡劣條件下，幾乎所有的生命都在極厚冰層中滅絕，此時(shí)地球儼然變成了一顆毫無(wú)生命氣息的白色“雪球”。

“地球曾是一個(gè)雪球”，這聽(tīng)起來(lái)有些不可思議，但卻有諸多事實(shí)可以證明冰封時(shí)代的存在。地質(zhì)學(xué)家通過(guò)研究沉積巖來(lái)推測(cè)地質(zhì)歷史的演化規(guī)律，冰川運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的搬運(yùn)能力極強(qiáng)，對(duì)周圍巖石具有很強(qiáng)的剝蝕作用，冰磧巖便是由冰川融化后的冰磧物固結(jié)后形成的。地質(zhì)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，全球范圍內(nèi)的赤道附近海平面都存在新元古代的冰磧巖，這意味著新元古代的冰川曾到達(dá)過(guò)熱帶地區(qū)的海平面，而在現(xiàn)如今的氣候條件下，冰雪覆蓋主要出現(xiàn)在極地附近的高緯度地區(qū)，赤道等眾多低緯度地區(qū)并不大可能出現(xiàn)大范圍的冰封現(xiàn)象。此外，不少不尋常的地質(zhì)現(xiàn)象也在“雪球地球”的假說(shuō)中得到了合理的解釋。“雪球”時(shí)期曾大量出現(xiàn)的氧化亞鐵礦很可能正是由于大量冰川覆蓋導(dǎo)致海洋深部水體缺氧，亞鐵離子在海水底部富集形成的。

“雪球”如何形成和解凍

奇妙的“雪球地球”帶給了我們諸多的幻想，我們不禁要問(wèn)地球究竟是如何變成“雪球”的，與此同時(shí)它又是如何解凍的呢？

對(duì)于冰雪地球的成因一直都是眾說(shuō)紛紜，各種假設(shè)都極具想象力。有人提出“雪地地球”的形成是緣于厚重云層對(duì)太陽(yáng)輻射的遮擋作用，大氣層中大量的塵埃粒子會(huì)阻擋地球?qū)μ?yáng)熱量的吸收，于是地球溫度急速下降，并最終形成“雪球地球”；也有人認(rèn)為“雪球地球”是由于小行星或者彗星對(duì)地球撞擊激起的大量塵土引起的，漫天的塵土遮天蔽日，使得地球無(wú)法吸收太陽(yáng)熱量，陷入一片冰封狀態(tài)。

盡管各方各執(zhí)一詞，但現(xiàn)如今最為地質(zhì)學(xué)家認(rèn)可的成因則與“大陸漂移學(xué)說(shuō)”有關(guān)。新元古代，地球上各塊古老陸塊拼合在一起，以超大陸的形式聚集在赤道周圍。由于大陸內(nèi)部距離海洋較遠(yuǎn)，水汽循環(huán)受阻，風(fēng)化作用比較弱，因此對(duì)溫室氣體二氧化碳的消耗能力有限。伴隨著超大陸的解體，內(nèi)陸地區(qū)與海洋之間的距離被拉近，導(dǎo)致降雨增加，風(fēng)化作用也加劇，消耗了大量的CO2。與此同時(shí)，超大陸的裂解使得大量易于風(fēng)化的玄武巖暴露于地表，這進(jìn)一步加劇了溫室氣體的消耗。缺少二氧化碳保護(hù)的地球，氣溫逐漸降低，造成地球部分被冰雪覆蓋，而被冰雪覆蓋的地球像“鏡子”一樣將太陽(yáng)光反射出去，熱量吸收能力的減弱使得冰雪覆蓋面積隨之增加，冰川逐步從兩極蔓延，直至赤道，最終導(dǎo)致地球成為一個(gè)冰封的“雪球”。

“雪球?yàn)?zāi)變”的起因源于超大陸解體，那么地球又是怎樣突破冰封重圍的？

CO2的逐步積累是使地球重新“活”過(guò)來(lái)的關(guān)鍵因素。在地殼板塊的運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下，火山活動(dòng)釋放的CO2使大氣中的溫室氣體含量不斷增加；與此同時(shí)，寒冷干旱的冰封環(huán)境不利于巖石的風(fēng)化或生物的生長(zhǎng)繁殖，從而使CO2的消耗速率大大減慢。此外，火山噴發(fā)使冰雪表面覆蓋有大量的火山灰，這有效降低了冰雪的反射率，而融化的暗色雪水，與火山灰的作用相同。起到抑制反射作用，最終地表的冰雪開(kāi)始劇烈消融，使得地球重返生機(jī)。

冰封中延續(xù)的生命

“雪球地球”可以說(shuō)是地球所經(jīng)歷的“大劫難”，但事實(shí)上在“雪球地球”惡劣條件下，生命卻沒(méi)有發(fā)生徹底的滅絕。那么如果“雪球地球”真的存在，生命是怎么在冰封中延續(xù)下來(lái)呢？

地質(zhì)學(xué)研究證實(shí)，在深海熱液噴口可能存在厭氧和低耗氧微生物群落，它們依靠地?zé)岷臀⒘康臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)度過(guò)漫長(zhǎng)的無(wú)氧或低氧時(shí)期。與此同時(shí)，也有不少生物可能通過(guò)休眠細(xì)胞或孢子的形式對(duì)抗冰封的嚴(yán)酷環(huán)境。另外，“雪球地球”期間，在遠(yuǎn)離超大陸的海面可能存在有少量未凍結(jié)的水域，部分藍(lán)藻便利用陽(yáng)光和CO2進(jìn)行光合作用從而產(chǎn)生氧氣，由此“雪球”環(huán)境便庇護(hù)了一些好氧生物群落。

地球生態(tài)系統(tǒng)的演化之間是環(huán)環(huán)相扣的，稍有差池就可能造成極其嚴(yán)重的后果。當(dāng)?shù)厍蜃兂梢粋€(gè)雪球，生命的延續(xù)將變得異常艱難?，F(xiàn)階段太陽(yáng)正處于持續(xù)發(fā)光發(fā)熱的“壯年期”，所以“雪球地球”再次出現(xiàn)的可能性比較小。但如果人類忽視與地球的和諧相處，破壞地球正常的系統(tǒng)循環(huán)，那就極有可能啟動(dòng)“雪球地球”的扳機(jī)，造成新一輪的雪球危機(jī)。