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“雪球地球”假说Comments>>

发表于 2008-06-05 23:38 | Tags 标签:, , , ,

通过对于地质沉积物以及其他地质证据的研究,科学家告诉我们地球上曾经出现了两次最著名的冰期,一次是发生在大约100万年前的更新世,当时人类刚刚开始进化,因为地球围绕太阳的公转轨道出现变化,整个北大西洋沿岸的大陆边缘都铺上了厚厚的冰层;另一次则是大概21000年前,北美和欧洲的大部分地区被厚达2公里的冰层覆盖,并且导致海平面下降了120米之多,这次5亿年以来最残酷的冰期至少影响了地球表面30%的地区。但是这两次冰期,都没有发生在8亿~5.5亿年之间的全球性冰期事件来的更戏剧和更残酷。

在1964年,剑桥大学的B.W. Harland最早对全球范围内新元古代(大概8亿~5.5亿年前)的冰期沉积物做了研究,他提出在全世界各个大洲都有8亿~5.5亿年前的冰期沉积物。同时,他通过简单的地磁学分析指出,当时这些大洲其实并没有像现在那样被海洋分开,而是在赤道附近汇聚成一整块巨大的大陆。而在当时,板块漂移学说也才慢慢被接受。但是由于分析手段缺乏,加上数据有限,所以B.W. Harland的说法并没有明确的得到广泛地证实,更没有人能解释,冰期沉积怎么到了赤道附近?

在B.W. Harland提出这个想法的同时,列宁格勒地球物理天文台的Mikhail Budyko提出了一条能够使赤道地区结冰的可能。那就是地球是通过吸收太阳光能来保持温度的,而如果地球上有很多的冰雪覆盖,把大部分太阳光反射出去(这个叫做反照率),地球表面没法吸收那么多的太阳能,就会导致温度接着下降,然后就会有冰雪继续增加,这属于反照率的一个正反馈。现代地球的冰雪仅仅在极地附近,加上温室气体的保护,所以反照率的影响并不大。可是如果条件极端一点,冰雪覆盖到南北纬30°左右的时候,这个反馈就会失去控制,冰雪会继续覆盖到赤道附近。这样的反照率引起的大灾难在其他星球曾经发生过,它被认为是不可逆转的,那么如果发生在地球,“雪球”是如何解冻的呢?

在随后的二三十年里面,通过科学家在海洋生物学、地球化学等领域的进一步努力,获得了不少新的进展。

1987年,加州理工学院的J.L. Kirschvink等研究了澳大利亚的一块新元古代的粉沙岩之后,证实了它是属于当时沉积在赤道附近的浅海环境,确凿地说明了冰川曾经到达了赤道附近,而且这个研究成果也被后来的研究反复检测所证实。其中就包括随着古地磁学的发展,D.A.D. Evans等人在2000年研究了这个时期(8亿~5.5亿年前)各个大陆的冰川沉积地层学、地质年代学、古地磁学后指出,许多冰期沉积的杂砾岩出现在南北纬10°以内,甚至没有超过60°的。

1992年,J.L. Kirschvink首先提出在新元古代(8亿~5.5亿年前)曾经出现过几次(注意,不是一次,而是多次)“雪球地球”事件。可以想象,赤道附近都结冰了,那么整个地球还不冻的严严实实,成为一个“雪球”?J.L. Kirschvink认为,当时在中高纬度的反照率是很高的,形成大量冰川,然后海平面下降,导致了陆地面积增加,陆地增加进一步增加了地球的反照率;同时,热带地区大陆增加有利于硅酸岩风化,有利于大气中的CO2埋藏,加强了“冰室效应”。这两个因素的不断影响,导致了地球不断变冷,从而形成一个“雪球”。在形成“雪球”之后,因为地球的火山作用,不断释放出CO2等温室气体,经过长期积累,这些气体终于足够强大,产生了巨大的“温室效应”,地球温度升高,所以又融化了。

在J.L. Kirschvink工作的基础上,哈佛大学的P.F. Hoffman等人,进一步发展了“雪球地球”假说。首先注意,8亿年前地球上的大陆并不是分离的,而是在赤道附近连在一起在,我们称为”Rodinia“超大陆;”Rodinia“超大陆因为一次著名的”超级地幔柱“的火山活动分裂了,形成几个小的陆地,这个就使得陆地的海岸线增加了很多;海岸线的增加带来两个后果:一个是生物在岸边的活动增加,光合作用的加强导致大量CO2被吸收,二个是同样增加了大陆的硅酸岩风化,而吸收了不少CO2,这两个结果导致大气的CO2迅速减少,“温室”变“冰室”,产生巨大的冰雪覆盖,进而产生了失控的反照率事件,而最终形成了“雪球”。经过计算,当时冰盖有1公里厚,推进到赤道附近,地球温度下降到零下50°C左右。因为被冰雪埋藏,光合作用和大陆的硅酸岩风化作用都被终止,但是地球的火山活动还在继续,向外释放了大量的CO2。经过长达1000万年的积累,这些CO2终于足够强大,形成“温室效应”,从而迅速融化了“雪球地球”,在融化的时候整个海洋温度能够达到50°C以上。

以上便是“雪球地球”假说的由来,至今这个假说依然有争议,科学家还在完善着它。

最后提一句,在“雪球地球”之所以这么重要,是因为证据表明“雪球地球”事件之后,地球的氧气有一个大的增加,地球生命演化实现了一次大的飞跃,即从真核生活实现了到后生生物的转变,第一次出现了多细胞的动物。这也是科学家一直在坚持研究的问题。

http://www.snowballearth.org/

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7 Responses to ““雪球地球”假说”

  1. dsadsad说道:

    真的很好

  2. S.R.911说道:

    “……导致了陆地面积增加,陆地增加进一步增加了地球的反照率……”
    这句话不太理解。陆地面积和反照率之间的关系是怎么样联系起来的?

    • topaz说道:

      因为反照率不仅仅是跟冰面紧密联系

      裸露的岩石也能造成较大的反照率效应,虽然效果不如冰面

      • thenray说道:

        感觉风化后的岩石怎么都是漫反射,发射率肯定不如无风时平静如镜的水面。。。

  3. jmhuang说道:

    在Discovery的Miracle Earth系列片中,对冰雪地球的问题有具体描述。

    http://www.verycd.com/topics/248810/

  4. 答案说道:

    弱弱的问一句:雪球地球时期,海洋也是被冰冻着的吗?

  5. Li说道:

    学术性很强,但是可读性稍微差了一些。。对于中国读者,其实可以举一些中国地区(例如鄂西)的证据。。

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