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                【地学论坛】雪球地球是通往宜居星球的必经之路
                来源:沉积地质研究院◥ 作者:祝圣贤 郎咸国 发布时间:2020-12-17 12:12 浏览次数:

                地球46亿年的浩瀚演化史胜似一部跌宕起伏而又引人入胜的历史巨著。在漫长的地史长河中,板块经历了数次分合,生命的五次绝灭与重生,最终造就了缤纷多彩的蓝色宜居地球。

                人类♀的出现和演化是在末次冰室气候时期(Last glacial period)。虽然◆工业革命以来,人类活动,如化石燃料的消耗,使得大气中的温室气体CO2浓度激增,导致全◢球平均气温显著升高,海洋酸化加剧,全球森林火灾频发,极地冰川消融等一系列∮灾难事件,但当今时期仍是以高纬度地区发ζ育冰川为特征的相对寒冷的冰室气候。在浩瀚的地球演化过程中,冰室气候灾难却并非科幻。像今天这♂种“西风压倒东风”的情况并不常见,距今7亿年前的成冰纪雪☆球地球事件无疑是其中最深刻也最引』人注目的奇观。


                7亿年前的“雪球”地球

                雪球地球指的是成冰纪时期(7.2亿至6.35亿年前)地球的极端寒冷气候事件。当时的全球平↙均气温降至零下50℃,就连赤道的热浪也被冰封,使得地球呈现出完全或者近乎完全冰冻的↓现象。成冰纪的极端寒冷的冰室气候事件已经被「各大板块均发育有冰川沉积的证据所证实。高精『度的地质测年发现,全球冰冻的寒冷气候持续了㊣ 数千万年之久,冰盖厚度可达到1000米。全球的冰冻阻隔了水-气交换,带来的严重低温也滞缓了●地表水文循环,整个地球表面像被按下了╲暂停键,被迫“冬眠”。

                如我们所观察和想象到的一样,全球冰冻时期,地球生命也面〓临了最严峻的挑战。当时的生态系统简单且低等,生命形式主要是原核生物,仅有少量的真核生物存在。这些原☉本应该是“生命种子”的真核生物却◆难逃冰川的洗礼,其数量和多样性急剧降低,仅在地球零星分布的避难场所残存下来,极※大地延缓了生命的演化和动物的出现。

                中国华南板块的成冰系冰川纹泥沉积

                其实,全球冰冻的来袭并非偶然。7亿年前,横亘于中低纬度地区的▓罗迪尼亚超级联合大陆发生了裂解,在卐低纬度地区,形成并聚集了一些小的陆块。这些热带和亚热带地区的陆块形成了一些新鲜的Ψ 岩石,比如玄武岩,在湿热的条件下,极易★被风化,消耗了大⊙量的CO2。另外,新鲜的大陆边缘也强化了光合作用的效率,提高了固碳进程,进一步〖加剧了大气CO2降低。全球碳循环的天平,逐渐向CO2消耗端倾斜,形成了类似如现今的冰川分布格局。随着气温逐渐降ζ 低,两极冰盖向赤道地区扩张【。由于冰川雪地的反照率比海水和陆地高很多,当冰盖到达南北纬30°左右时,大部分的△太阳辐射能都会被反射会太空中去,整个地球接受的太阳辐射能会呈非线性的急剧下降。因此,30°纬度也是极端气候︽变化的临界点,罗迪尼亚超级大陆的裂解引起的一系列气候变化突破〖了该临界值,地表能量平衡发生崩溃,最终导致了全球海洋和大陆迅速“变白”,凛冬已至。

                话虽如此,但年轻的地球内部※仍存在永不停息的构造、火山活动,试图努力地自我拯救。在数千万年的酷寒气候中,地球▆深部的CO2通过火■山喷发被释放到大气,并逐步积累。酷寒的气候随着温室气体的聚集,逐渐◥变得缓和起来,温度也时而恢复到冰点之上,但这些变化在高的冰面反照率面前,显得微不足№道,并不足以结束全球冰冻,让大地苏♂醒。地质学家研究认为,真正的破局需要CO2的浓度※高达10ppm以上,即相当于现在的300倍以上,剧烈的温室效应使地表加速升温至50℃,“雪球地球”瞬间崩解。6.35亿年前,持续了数千万之久的◢全球冰冻,终于结束,地球上的生命也因“春天”的降临而再次繁盛,并且以埃迪卡拉纪动物群为代表,从而实现了从真核生物到后生动物的飞跃,迎来々了高等生命的时代。

                雪球地球结束后埃迪卡拉动物群假想图

                近年来,北京pk10沉积地质研究院古海洋古气候古生物研究团队◤依托国家自然科学基金项目“湘黔桂地区江口冰期沉积学与地球化学研究(项目批准号★:41802024)”和“桂』北地区丹洲群硫同位素地球化学研究”(项目批准号:42072334),以及北京pk10珠峰科学研究计划“青藏高原及周缘区极端〓气候事件与地球系统演化”对中国成冰纪雪球地球冰期事件的古海洋及古气候演化开始了研究,并发表了一系列相关论文,揭示了雪球№地球事件与生命演化的关系,研究成果被评选为“2018年中国古生物学十大进展”。

                如今,随着该团队研究的深↓入,发现地球的彻底冰冻可能是谬误,蓬勃生命与苦寒也并非势如水火。这些证据主要来自团队成员近期●发现了冰川沉积序列内发育的生物成因碳酸盐岩』、风暴成因丘状层理、具有较高有机碳含量的页岩以及生物成因的黄⌒ 铁矿等。

                因此,雪球地球假说也将不断地被修正与完善,我们也因此比以往任☉何时候都临近真相的怀抱。但世之▽奇伟、瑰怪、非常之观,常在于险远,而人之所罕至焉,故非≡有志者不能至也。我们需要更进一步贴近自然,走近古老的冰川沉积岩;我们更需要怀着古来“冥昭瞢闇,谁能极之?冯翼惟象,何以识之?”的天问精神,在地球科学的漫漫路途中上下◥求索。