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“雪球地球”的新證據

冰川


“雪球地球”的新證據

褐紅色的冰川時期沉積物表明，這片加拿大火山巖曾經在7億年前被冰川覆蓋，而7億年前它的位置在赤道附近 。
地球歷史上曾多次出現過氣候異常的時期，比如5500萬年前，地球的平均氣溫迅速上升了9℃，成為了地球歷史上最熱的時期之一；2.1萬年前 ， 北美和歐洲的大部分地區被厚達2公里的冰層覆蓋，并且導致海平面下降了120米之多……而地球歷史上最極端的氣候時期，很可能屬于6億或7億年前的“雪球地球”(Snowbal Earth) 。
【“雪球地球”的新證據】3月5日的《科學》雜志刊登了美國哈佛大學的地球學家麥克唐納(Macdonald)與其合作者的一項研究 。在這項研究中，他們對加拿大的一些夾在冰川沉積物之間的火山灰進行了精確的同位素定年，認定這些冰川沉積物是在大約7.16億年前沉積的 。通過進一步的對比，他們還確定在7億多年前這些沉積物并不像今天這樣接近北極圈 ， 而應該在赤道附近，也就是說當時的冰川來到了赤道附近 。這無疑為“雪球地球”的假說提供了新的地質學方面的支持 。
冰川到達赤道地區
1987年，加州理工學院的古地磁學家科什溫克(Joseph L. Kirschvink)將一塊石頭交給他的研究生桑尼(Dawn Y. Sumner)進行學位論文的研究 。這塊略帶紅色、由非常細的沙粒組成的石頭采自澳大利亞南部的弗林德山脈(Flinders Ranges)，沉積學研究表明它是在淺海環境下沉積形成的 。桑尼經過仔細地反復確認 ， 最終獲得的研究結果讓科什溫克很驚訝，古地磁研究表明這塊巖石居然最早產生于赤道附近 。這塊石頭是從一套距今6億－8億年前的雜礫巖中獲得的 ， 這些雜礫巖中夾有大小不等的礫石，礫石上還有被摩擦的痕跡 ， 這被認為是經過了冰川搬運的結果 。如果它最早位于赤道附近，豈不是說明當時的冰川到達了赤道地區的海平面？
早在1964年 ， 劍橋大學的地質學家哈蘭德(Walter B. Harland)就對全球范圍內6億－8億年前的新元古代的冰川沉積物進行了研究，他提出在全世界各個大洲都有這個時期的冰川沉積物，比如澳大利亞、阿曼、北美、非洲和中國南方等，說明這一時期的冰川可能是全球性的 。哈蘭德同時還通過簡單的地磁學分析指出，這樣的冰川可能推進到赤道附近 。但是在當時，古地磁學的研究方法還不完善，板塊運動學說也剛剛被接受，因此他的學說并沒有獲得廣泛的支持 。在我國南方，老一輩地質學家也注意到了這一時期的冰川沉積物，劉鴻允先生就曾建議將這一冰期事件稱為“南華大冰期” 。
經過更多的細致研究和證據挖掘 ， 科什溫克于1992年首次提出了“雪球地球”假說，認為在大約6億－8億年前的新元古代，曾有全球性冰期作用一直推進到赤道附近的海平面 ， 這意味著地球變成了一個名副其實的“冰雪之球” 。1998年，哈佛大學的霍夫曼(Paul F. Hofman)教授和他的合作者們進一步發展了“雪球地球”假說 ， 認為“雪球地球”時期的海洋都會被冰凍，冰蓋一直推進到赤道附近，冰蓋的平均厚度能達到1公里，全球氣溫下降到大約零下50攝氏度左右 。這樣的嚴酷氣候能夠持續數百甚至上千萬年 。
在“雪球地球”假說中，冰期并不是只有一次，而是有多次 。這就像“第四紀大冰期”那樣 ， 非常寒冷的氣候并不是一直在持續，它可能包括好幾個寒冷的冰河時期，而在這些冰河時期之間其實還存在著相對溫暖的“間冰期” 。地質學家們在全球范圍內尋找能夠代表新元古代冰期事件的沉積物，發現在新元古代最多可能出現了四次嚴寒的冰期，它們按照時間先后分別是凱噶斯(Kaigas)冰期、司圖特(Sturtian)冰期、馬林諾(Marinoan)冰期和噶斯奇厄斯(Gaskiers)冰期 。在這些冰期中，目前只有司圖特冰期和馬林諾冰期被證實具有全球性的分布，而凱噶斯冰期和噶斯奇厄斯冰期只在世界上少數地區才有發現 。因此，現在通常所說的“雪球地球”事件更多地指司圖特和馬林諾這兩次冰期，在這兩次冰期之間也存在著長達數千萬年的相對溫暖的“間冰期” 。在我國的“南華大冰期”中，也能夠看到前后兩次冰期，時間上恰好與司圖特冰期和馬林諾冰期相對應 。
近年來，地質學家們對新元古代冰期沉積物中的火山灰進行了大量研究，利用火山灰中鋯石的鈾和鉛同位素的比值進行年齡測定 。通過對非洲、澳大利亞、北美、中國、阿曼等多個地方的研究對比，馬林諾冰期結束于6.35億年前 。加上最近麥克唐納的研究成果，基本限定了“雪球地球”的時間就在7.16億年到6.35億年前之間 。