雪球事件——冰封全球的极寒纪元

对于那些只活了很短时间的人类来说，地球46亿年的浩瀚历史无疑是一个充满震惊的远景。太多的场景被封闭在时间的深处，足以影响我们的想象力。例如，你能决定整个地球在冻结时是什么样子吗？不幸的是，这不是一部特效电影或魔幻现实，而是一个可能发生在7亿年前的真实场景。

在此期间，整个地球几乎被冻结成宇宙中的一个大雪球。从极地到赤道，地球表面完全被冰盖覆盖。干燥的空气侵蚀着荒凉的土地，浩瀚的海洋完全冻结了。即使你站在热带，你今天也会感受到南极的温度。脚穿过赤道，只看到一片闪闪发光的苍白。是的，这是新元古代“看，雪球地球事件”，整个地球上46亿年的极度寒冷时代。

雪球印象雪球事件发生在7亿年前。七亿年，在历史的长河中，真是一个相当尴尬的节点。对于地球诞生的起源来说，它足够长了。四十亿年前，地球已经演化成一颗成熟的行星，板块构造、稳定的大气和遍布海洋的简单生命。一切看起来井然有序。然而，对我们站在时间和空间的尽头来说，7亿年已经足够遥远了，比寒武纪大爆发早2亿年。那时，不仅恐龙的中生代是一个遥远的未来，甚至三叶虫和黄蜂还没有进入地球的阶段。只有单细胞动物，如蓝藻，主宰了当时没有噪音的海洋。它们安静地栖息在广阔的潮滩上，随着潮汐的涨落，它们有节奏地堆叠在一起。这些海藻残骸层是唯一可以追溯到这个时期的生命痕迹。

7亿年前的[雪球地球。资料来源:news.discovery.com]

尽管还不活泼，这幅元古代的照片却以某种方式洋溢着活力和活力，这是一颗位于宜居地带的行星应该有的。然而，全球冰川突然覆盖了一切。首先，从两极开始，冰川逐渐向低纬度移动，直到温暖的热带空气和喷雾在寒冷中全部冻结。虽然我们不能直接目睹当时环境的巨大变化，但我们可以在遥远的太空中找到当时地球的大致面貌。木卫二是木星的第二颗卫星，它是一个围绕巨人旋转的水晶球。与我们记忆中大多数崎岖的灰色恒星不同，木卫二有一个浅蓝色的精致表面，那就是它的冰壳。这颗5亿公里外的外星恒星是我们自己温暖的家，或者是7亿年前的样子。

雪球事件像幽灵一样来来去去。在元古代末期留下印记后，它像以前一样立即消失在温暖中。在接下来的几亿年里，它再也没有出现过，所以人们用这个事件直接命名了地球历史上的这个非常时期。冰冻基因，三个冰冷的词，生动地提醒人们，在这个充满活力的地球上，曾经有一个冰雪蔓延的时代，那时冰川遍布全世界。那时，赤道被雪覆盖着。

[雪球地球(上)和欧罗巴(下)，他们在不同的时间和不同的空间，显示了一个高度相似的场景。资料来源:www.bbc.co.uk；【photorator.com】

在7亿年前的拼图游戏中，人们依据什么线索断言当时的地球是一个宇宙雪球？在岩石上。大海变了，过去已经过去。只有岩石碎片是唯一能穿越时间和空间并保存尘封至今的行星遗迹。

作为岩石王国的环境标志，沉积岩——由表层沉积物的压实和固结形成的岩石——是当时地表环境的直观快照。沉积岩层构成了地层。一系列的地层，构成了大陆表面直接被覆的“皮”。所谓的大陆只不过是蓝海中巨大的“移动方舟”。它们会漂移，分裂，偶尔还会分裂。今天你脚下的地球位置可能与一千万年前大不相同。除了不同的位置，大陆表面的环境一直在变化。这就是为什么即使你站在干燥的内陆，你也有机会找到浅海贝壳。

大陆漂移在这个星球上已经持续了数十亿年，但是科学家们有一套完美的方法来揭示大陆上每块沉积岩形成的时间、地点和环境，并恢复大陆漂移和环境变化的历史:利用层序法则和同位素时钟，他们可以确定形成的年龄；利用沉积岩中磁性矿物的排列方向，可以恢复当时大陆的纬度。岩石的结构和构造可以揭示沉积物产生的环境。地层之间的重叠关系记录了环境的演变和变化。时间、地点和环境，当所有的铺垫都到位后，剩下的就取决于如何将这些遥远的片段组合成一个完整的叙述了。

在世界上的每一个大陆上，都或多或少地留下了元古代地层的遗迹。从苏格兰到纳米比亚，从澳大利亚腹地到中国三峡...当人们追溯到这些形成于7亿年前的地层时，他们发现它们基本上是曾经覆盖它们的冰川的痕迹:这些沉积岩具有由浅海波浪形成的独特而精细的层理，但是在这些层理中，巨大的冰砾被完全分布。在外部动态地质过程中，除了冰川之外，可能没有外力会意外地将不属于流体力学量级或甚至来自完全不同来源的沉积物置于正常情况下不应出现的环境中。这种结构经常出现在高纬度地区。然而，通过古纬度的恢复，人们发现7亿年前这些地层根本不是高纬度极地地区的特殊产物，而是几乎覆盖了从极地到赤道的所有地区。这样，对“古代岩石卷轴”的破译最终将两个看似不相关的词——赤道和冰川——联系在一起。

雪球事件的[现场证据:冰川携带的巨石突然撞击稳定的沉积层。资料来源:legacy.earlham.edu]

来自世界各地和各大洲的更多数据最终融合成一幅清晰而生动的画面:一个冰雪覆盖的白色地球。当故事尘埃落定后，科学家们的焦点就放在了司机身后的飞机上。不要太乐观，因为接下来发生的事情似乎是注定的。

什么是死亡游戏？是不是因为所有的不利因素都同时发生并汇集在一起？还是因果关系形成了越来越严重的反馈链？不幸的是，那时地球似乎已经占领了这两个地方。

首先，让我们谈谈共同努力的结果。似乎一切事物的起源仍然在于大陆漂移。古纬度的恢复表明，在当时的地球上，每个板块都汇聚成一个统一的大陆，处于中低纬度。因为大陆的表面是岩石，所以对阳光的反照率比海洋的反照率强得多，而低纬度地区是地球接受阳光最多的地区。土地增加的直接结果是整个地球系统每单位时间获得的太阳能更少。地表温度的输入主要依赖于阳光。更少的“净收入”是全球变冷的第一推动力。

反照率增加的[图像表示。随着中低纬度地区陆地面积的增加，地球反射的太阳光量也在增加，这使得整个地球系统获得的太阳能减少。资料来源:www.nicerweb.com；【squidonice.wordpress.com】

在地球表面之上，还有一个大气层。温度的输入是一回事，但保持它是另一回事。地表温度的维持主要依赖于二氧化碳(CO2)等温室气体对太阳能的锁定。大量陆块聚集在低纬度地区，这对大气CO2含量是一个极其不利的影响因素。活跃的热带降雨和潮湿的大气导致了大陆岩石圈前所未有的活跃风化。在风化过程中，大气中的O2、CO2、H2O和其他成分被消耗掉，并与产物一起进入岩石圈，从而退出大气环流。当大气中二氧化碳和其他温室气体的“净循环”减少时，温室效应就会减弱。环境温度逐渐降低，冰川逐渐形成和扩张。冰河时代就这样悄然而至。

当冰川扩张时，事情变得更加不可逆转。冰川本身就是上述合力的结果，但更可怕的是，它恰恰是全球持续变冷的最有效诱因。回到反照率的概念。谈到反射阳光，无论是海水还是岩石，谁能与晶莹剔透的冰雪相比呢？另一方面，当水体膨胀和冻结时，蒸发会变得越来越少，大气中能够维持温度的潮湿水蒸气也会突然下降。反照率的急剧增加和蒸发的急剧减少直接将冷室效应带入连续的死循环。环境模拟表明，当地球表面一半被冰覆盖时，全球冰冻将成为不可逆转的趋势——换句话说，一个被冰雪覆盖的世界将成为这一连锁反应的终点和必然结果。

从各方面来看，似乎没有打破游戏的希望。合力和死圈牢牢抑制了构成雪球的每一个因素。未来将走向何方？幸运的是，我们生活在一个没有任何悬念的未来。现在的问题是，那时谁是地球的破冰者？

它不是太阳，也不是碰撞的天体，而是地球本身。别忘了，这是一个内部能量活跃的炽热星球。最终显现的力量叫做火山作用。

[当时，这种冰盖似乎在世界上很常见。资料来源:www.earthtouchnews.com；【www . news scientist . com】

从永恒的冬季火山的及时营救已经使地球从完全凝结中复活。

在今天的眼中，被称为极端火山活动的事件无疑是生物圈灭绝的杀手。在显生宙历史上，只要这个障碍被消除，生物圈几乎肯定会随着大规模灭绝而移交。众所周知的二叠纪末期大灭绝(超过90%的海洋物种被完全灭绝)是5.4亿年来最美丽的杰作。然而，在这个时候，吓到生物圈的武器变成了英雄，使死者复活，并从雪球中拯救了地球。当然，就像处理生物圈一样，处理冰雪的常规也不是什么新鲜事:两者都不是直接由岩浆的温度烘烤的，而是通过输出气体来间接改变大气的组成。

那时，那些封闭在岩石圈中并因此从大气循环中退出的温室气体可能不会忘记地球本身——事实上，是一个更大的循环系统。被锁在岩石圈里？没关系。在板块构造的循环中，岩石将被带回地幔。当岩石的束缚融化成流动的岩浆时，气体被释放出来。然后，只有等到火山活动在适当的时候打开返回地表的通道，这些溶解在岩浆中的挥发性成分才会随着汹涌的热流返回到消失已久的大气中。地表的二氧化碳没有被消耗掉吗？只需从地球内部释放更多。

在雪球期，由于大量冰盖的影响，世界岩石风化率进入历史低位，地表温室气体消耗因素几乎“触底”。此时，火山作用的净输入尤为突出。火山继续喷发气体，大气中的温室气体越来越多。当它们的比例足够高，能够封闭阳光，使平均温度恢复到冰点以上时，“白色地球”开始融化。消失已久的蓝色海洋出现了，生命的家园恢复了。然而，出乎意料的是，在经历了“冬眠”之后，生物圈的反应似乎远远超出了元古代很长一段时间以来的表现。一个从雪球中醒来的生物圈会给地球带来多少变化？

在极度寒冷的末期，世界被寒武纪的埃迪卡拉唤醒。即使是今天，任何人都很难完全解释在这段时间里地球有多疯狂。经历了雪球事件后，生物圈几乎实现了生成式的发展。随着雪球事件的结束，由单细胞生物主宰的时空崩溃了。多细胞复杂生命辐射到地球的每一个角落。从埃迪卡拉动物群的诞生到寒武纪生命的爆发，复杂生物的全面传播直接完成了地球历史上地球层面的更替。隐生动物时代已经结束，地球已经进入第四个阶段——显生宙。从那时起，生命就成了地球的“杰出学问”。这5.4亿年是我们自己的故事。生活见证了一个又一个统治集团的崛起，以及灾难性的灭绝。山脉仍在上升和剥蚀，海洋仍在扩张和封闭。然而，只有神秘的雪球从未回到这个世界。

未来地球上会有雪球事件吗？老实说，我不知道。尽管我们无法预测如此长远的未来，但我们不妨对文明本身的防御机制报以谨慎的乐观。毕竟，这是人类的时代。即使雪球回来，地球也不再是一个单细胞世界，而是一个文明和智慧的家园。自然变量和未来文明之间的命运平衡会在哪里？至少我不想看到生态灾难的幽灵开始出现，有人指着它说，看，这是我们自己的灾难。

尽管对地球本身来说，人类或雪球毕竟不是大问题。

注意本文中所谓的滚雪球事件是指发生在新元古代的事件，其中有最详细的信息。科学界有声音称，前寒武纪历史上曾发生过几次雪球事件，比如太古代休伦冰川。由于这些事件涉及早期太阳系中更复杂的模型，如公平-年轻-太阳理论，它与晚期稳定环境中的灾难有很大不同，因此本文不涉及它们。