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“雪球地球”的新证据

褐红色的冰川时期沉积物表明,这片加拿大火山岩曾经在7亿年前被冰川覆盖,而7亿年前它的位置在赤道附近。

地球历史上曾多次出现过气候异常的时期,比如5500万年前,地球的平均气温迅速上升了9℃,成为了地球历史上最热的时期之一;2.1万年前,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……而地球历史上最极端的气候时期,很可能属于6亿或7亿年前的“雪球地球”(Snowbal Earth)。

3月5日的《科学》杂志刊登了美国哈佛大学的地球学家麦克唐纳(Macdonald)与其合作者的一项研究。在这项研究中,他们对加拿大的一些夹在冰川沉积物之间的火山灰进行了精确的同位素定年,认定这些冰川沉积物是在大约7.16亿年前沉积的。通过进一步的对比,他们还确定在7亿多年前这些沉积物并不像今天这样接近北极圈,而应该在赤道附近,也就是说当时的冰川来到了赤道附近。这无疑为“雪球地球”的假说提供了新的地质学方面的支持。

冰川到达赤道地区

1987年,加州理工学院的古地磁学家科什温克(Joseph L. Kirschvink)将一块石头交给他的研究生桑尼(Dawn Y. Sumner)进行学位论文的研究。这块略带红色、由非常细的沙粒组成的石头采自澳大利亚南部的弗林德山脉(Flinders Ranges),沉积学研究表明它是在浅海环境下沉积形成的。桑尼经过仔细地反复确认,最终获得的研究结果让科什温克很惊讶,古地磁研究表明这块岩石居然最早产生于赤道附近。这块石头是从一套距今6亿-8亿年前的杂砾岩中获得的,这些杂砾岩中夹有大小不等的砾石,砾石上还有被摩擦的痕迹,这被认为是经过了冰川搬运的结果。如果它最早位于赤道附近,岂不是说明当时的冰川到达了赤道地区的海平面?

早在1964年,剑桥大学的地质学家哈兰德(Walter B. Harland)就对全球范围内6亿-8亿年前的新元古代的冰川沉积物进行了研究,他提出在全世界各个大洲都有这个时期的冰川沉积物,比如澳大利亚、阿曼、北美、非洲和中国南方等,说明这一时期的冰川可能是全球性的。哈兰德同时还通过简单的地磁学分析指出,这样的冰川可能推进到赤道附近。但是在当时,古地磁学的研究方法还不完善,板块运动学说也刚刚被接受,因此他的学说并没有获得广泛的支持。在我国南方,老一辈地质学家也注意到了这一时期的冰川沉积物,刘鸿允先生就曾建议将这一冰期事件称为“南华大冰期”。

经过更多的细致研究和证据挖掘,科什温克于1992年首次提出了“雪球地球”假说,认为在大约6亿-8亿年前的新元古代,曾有全球性冰期作用一直推进到赤道附近的海平面,这意味着地球变成了一个名副其实的“冰雪之球”。1998年,哈佛大学的霍夫曼(Paul F. Hofman)教授和他的合作者们进一步发展了“雪球地球”假说,认为“雪球地球”时期的海洋都会被冰冻,冰盖一直推进到赤道附近,冰盖的平均厚度能达到1公里,全球气温下降到大约零下50摄氏度左右。这样的严酷气候能够持续数百甚至上千万年。

在“雪球地球”假说中,冰期并不是只有一次,而是有多次。这就像“第四纪大冰期”那样,非常寒冷的气候并不是一直在持续,它可能包括好几个寒冷的冰河时期,而在这些冰河时期之间其实还存在着相对温暖的“间冰期”。地质学家们在全球范围内寻找能够代表新元古代冰期事件的沉积物,发现在新元古代最多可能出现了四次严寒的冰期,它们按照时间先后分别是凯噶斯(Kaigas)冰期、司图特(Sturtian)冰期、马林诺(Marinoan)冰期和噶斯奇厄斯(Gaskiers)冰期。在这些冰期中,目前只有司图特冰期和马林诺冰期被证实具有全球性的分布,而凯噶斯冰期和噶斯奇厄斯冰期只在世界上少数地区才有发现。因此,现在通常所说的“雪球地球”事件更多地指司图特和马林诺这两次冰期,在这两次冰期之间也存在着长达数千万年的相对温暖的“间冰期”。在我国的“南华大冰期”中,也能够看到前后两次冰期,时间上恰好与司图特冰期和马林诺冰期相对应。

近年来,地质学家们对新元古代冰期沉积物中的火山灰进行了大量研究,利用火山灰中锆石的铀和铅同位素的比值进行年龄测定。通过对非洲、澳大利亚、北美、中国、阿曼等多个地方的研究对比,马林诺冰期结束于6.35亿年前。加上最近麦克唐纳的研究成果,基本限定了“雪球地球”的时间就在7.16亿年到6.35亿年前之间。





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