震旦紀(jì)的“超級寒冷”！7億年前地球曾被“冰封”？

要說地球最寒冷的時期，當(dāng)屬新元古代的冰川事件，超級寒冷出現(xiàn)在距今7.1—5.85億年前，稱為瓦蘭吉爾冰期，在中國叫做震旦紀(jì)冰期。那時的地球可謂真正的極端寒冷，海洋幾乎全部被凍結(jié)，在低緯度的赤道附近也是如此。大陸被冰雪所覆蓋，只有在大洋2km深的冰層之下的局部存有少量因地?zé)岫刍囊簯B(tài)水。地球表面冰雪蓋地，寒風(fēng)呼嘯，狂風(fēng)卷起的雪粒間，陽光顯得那樣無力和軟弱，沒有一絲溫暖，似乎被凍成了冷光，地球在低溫中變成冰球—雪球。美國加州理工學(xué)院地質(zhì)學(xué)教授Joseph Kirschvinck于1992年率先將這次冰川事件稱為“雪球地球”。

雪球地球概念圖

地質(zhì)學(xué)家們對雪球地球事件進(jìn)行了大量研究，對其形成和演化提出了許多假說，也找到很多的證據(jù)。

究竟是什么力量讓寰球變得如此涼熱？代表性的說法是：早在新元古代的10億年前，地球赤道附近的陸地聚合在一起，形成了羅迪尼亞（Rodinia）超大陸。在7.5億年前，這個超大陸受巖石圈拉張而分裂，形成多個小陸塊，使得陸地海岸線驟增，其結(jié)果導(dǎo)致生物光合作用不斷增多及大陸硅酸鹽巖石大量風(fēng)化。兩者作用的疊加結(jié)果是加劇CO2吸收，使之在大氣中不斷減少，溫室效應(yīng)不斷減弱，全球溫度降低。隨著地球冰面的增加，增強(qiáng)了地面的反照率，地球變得更冷，“冰室效應(yīng)”統(tǒng)治了地球。一個玉潔冰清的寒冷地球游蕩在宇宙中。

在失控的冰凍狀態(tài)開始后不久，全球的平均溫度降至零下50°C。結(jié)冰海洋中冰塊的平均厚度超過1 km。多數(shù)肉眼看不見的海洋生物死亡。寒冷的地球靠什么重回溫暖？是火山活動幫助了地球。在通常的火山活動進(jìn)行了1千萬年后，大氣中二氧化碳的濃度慢慢增加，溫室效應(yīng)重新取代了冰室效應(yīng)。

雪球地球的形成示意圖

紅線之間是雪球時期的冰川產(chǎn)物，上下是形成于溫暖海洋中的石灰?guī)r層

溫室效應(yīng)將赤道處的溫度拉升到融點(diǎn)，附近海水升華產(chǎn)生水氣，在海拔更高的地方重新凍結(jié)，成為陸地冰川的一部分。最后在熱帶地區(qū)形成的未冰凍的水吸收更多的太陽能，開始使全球溫度有更快的增加。地球在經(jīng)歷了大約1.3億年的冰封雪凍之后，又恢復(fù)了溫?zé)釢駶櫟沫h(huán)境。

真核生物-真菌

雪球地球的研究，對于認(rèn)識晚前寒武紀(jì)生命演化非常重要。因?yàn)檎窃谘┣虻厍蛑螅厍虻纳莼瘜?shí)現(xiàn)了一次大的飛躍，從簡單的真核生物演化成后生生物，首次出現(xiàn)多細(xì)胞動物。也許，正是雪球地球?qū)ιM(jìn)化過程的抑制才有了埃迪卡拉動物群的誕生和寒武紀(jì)生命大爆發(fā)，讓生命實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢類群的反彈式崛起。

作者：中國地質(zhì)學(xué)會生物演化與地史學(xué)團(tuán)隊