“雪球地球”的新证据

“雪球”，还是“半融雪球”？

“雪球地球”假说成功地解释了很多地质现象。比如，在新元古代冰期沉积物中，广泛地出现一种叫做“条带状磁铁矿”(BIF)的铁矿层。这种铁矿主要出现在20亿-30亿年前，是今天地球上最重要的铁矿资源，澳大利亚和巴西采集的铁矿石主要就是这类铁矿。

虽然有一系列证据支持“雪球地球”假说，它也还受到了很多的挑战。这其中最主要的是，当时整个地球真的完全被冰层所覆盖吗？如果是那样的话，生命又是怎么在这么严酷的条件下幸存下来？有很多科学家认为所谓的“雪球地球”，不过是一次大的冰河事件。他们认为，当时在赤道地区的确有一些冰雪覆盖，但是还有很多水域其实并没有结冰，海洋还保持着与大气的连通。他们称这样的地球为“半融雪球地球”(Slushbal Earth)。

伦敦帝国学院的地质学家艾伦(Philip A. Alen)在新元古代的冰期沉积岩中发现了一些波纹状的痕迹，这被认为是反对“雪球地球”的有力证据。在沉积岩形成的初期，如果周围的水体发生波动，就会在沉积岩中留下波痕的记录。艾伦认为如果当时的海面完全被冰雪覆盖，水体应该是非常安静的，不会在海底的沉积岩中留下痕迹；只有海面是开阔的，受风力产生波纹，水下的沉积岩才会留下这样的波纹印记。

德国申根堡研究所的米切尔斯(Arne Micheels)对当时的气候变化进行了一个模拟实验，结果也支持“半融雪球地球”。他们发现，如果当时是一个完全冰封的“雪球地球”，赤道附近的气温可能在零下45℃左右，而两极的气温将低至零下70℃以下。正常情况下，二氧化碳在零下56.6℃就会变成液体，在零下78.48℃就会变成固体。可以想象，如果两极的温度达到零下70℃以下，二氧化碳将变成液体或者固体，那么大气很难保持高浓度的二氧化碳，无法形成有力的“温室效应”，“雪球地球”将不再融化。另一方面，如果当时是一个“半融雪球地球”的话，两极的气温可能达到零下50℃左右，而赤道附近的气温还保持在零度以上。这样的结果不但满足了赤道附近的水域不会完全结冰，同时也保证两极大气中二氧化碳不被液化或固化，确保这个“半融雪球地球”最终能够因为“温室效应”而融化。

“雪球”和“半融雪球”假说都有各自的优点和缺点，它们的争议一时还难以分出高下。霍夫曼在2009年提出了“泛冰期”(pan－glacial)的概念。这个概念源自1926年英国气象学家布鲁克斯(C. E. P. Brooks)对地球的气候状态的划分，他将地球的气候状态分为“无冰期”(non－glacial)和“含冰期”(glacial－interglacial)：“无冰期”是指在地球两极都没有冰盖的时期；“含冰期”是指在地球的高纬度地区具有一定范围的冰盖，就像今天的地球。霍夫曼提出，新元古代的冰期不同于这两种气候状态，应该称为第三种状态“泛冰期”，即全球的高、中、低纬度都有冰盖。

“泛冰期”并没有从根本上解决“雪球”和“半融雪球”的争议，但是却向我们提供了一个重要的信息，即无论是“雪球”还是“半融雪球”，新元古代的这次全球性冰期事件是地球历史上绝无仅有的一次严寒气候。这样极端的气候变化，必然为地球系统带来深刻的变革——也包括地球上的生命。

南方周末