24億年前,地球曾經歷一次真正意義上的“全球凍結”——寒冷席卷赤道,冰蓋覆蓋海洋,地表溫度低至-50℃。不是冬天變冷了,而是整個星球像被拔掉了加熱器,進入了一段長達3億年的“深度休眠”。但問題是:到底發生了什么,竟讓整個地球差點變成一顆冰球?
冰封地球,是怎么開始的?
要理解這場“大冰期”的誕生,得從一個聽起來完全不相關的事件說起:地球上的“氧氣”突然爆發了。
這場被地質學家稱為“大氧化事件”的轉折點,發生在約24億年前。當時的地球上,藍藻等最早的光合作用生物開始大量釋放氧氣。這聽起來像是地球生命的福音,畢竟沒有氧氣人類就不會存在。但在那個年代,氧氣不是營養,而是毒藥。
彼時的地球大氣中幾乎沒有氧氣,主打成分是甲烷、二氧化碳、水蒸氣這些溫室氣體,尤其是甲烷,它的保溫能力是二氧化碳的28-36倍倍。正是這層“甲烷毯子”,讓早期地球在太陽亮度較低的情況下依然維持了宜居溫度。
但當藍藻瘋狂產氧后,氧氣開始與甲烷反應,生成二氧化碳和水,甲烷濃度迅速下降。同時,氧氣也氧化了大量存在于地殼和海水中的還原性物質,比如鐵離子,進一步清除了溫室氣體。簡而言之,地球的“保溫層”被撕開了一個大口子,而太陽當時的亮度僅為今天的70%,地表溫度開始劇烈下滑。
根據地質樣本推測,這一過程導致地球在短短數百萬年內進入全球性冰封狀態,地表溫度降到-40℃ ~ -50℃,赤道附近海洋也結冰,形成極端罕見的“雪球地球”狀態。
這不是一場季節更替的寒流,而是一次氣候系統整體崩塌。地球從一顆“溫室星球”轉眼變成一顆“冰冷星球”,而觸發它的竟然是生命自己。
當時的地球真的“凍成一顆球”了嗎?
科學家并不是憑空臆測出那場大冰期的存在,而是通過一組被稱為“條帶狀鐵層”的化石巖石記錄,拼出了這場寒冷浩劫的全貌。
條帶狀鐵層是一種看上去像年輪一樣的沉積巖,它記錄了遠古海洋中鐵離子濃度的劇烈波動。在大氧化事件前,海水中充滿了二價鐵離子,無色透明。但隨著氧氣開始釋放,鐵離子沉淀為氧化鐵,形成紅褐色的巖層,這種循環每年發生一次,像是地球的“呼吸記錄儀”。
而在這些巖石帶中,科學家在南非、加拿大、澳大利亞等地發現了一種異常現象:冰磧巖層與熱帶緯度的沉積物共存。換句話說,冰川碎屑沉積在本應是溫暖的地區,這說明冰蓋已經覆蓋到赤道附近。
更關鍵的是,許多冰磧巖之上緊接著是一層富含碳酸鹽的沉積層,這種“冰后碳酸鹽”結構表明,冰封結束后曾發生極端劇烈的溫室效應反彈,仿佛地球剛剛經歷了一場“深凍-高燒”的生死循環。
這些巖層的時間跨度長達3億年,記錄了從約24億年前開始,地球持續處于一種“冰封→短暫回暖→再冰封”的循環中。這不是短暫的氣候波動,而是一次持續3億年的大冰期,被稱為赫羅尼冰期。
從赤道到兩極,從海面到大陸,地球表面幾乎被冰層覆蓋,陽光反射率上升,形成正反饋循環,越冷越反光,越反光越冷。整個地球進入了類似“熱死”但反過來的“冷寂”狀態。
為何這場大冰期能持續3億年?
正常情況下,地球并不會陷入如此深度的冰封狀態。氣候波動總有調節機制,比如火山噴發會釋放二氧化碳,溫室氣體積累后地表升溫,冰層融化,氣候回暖。
但在24億年前,這些調節機制被極度削弱了。首先是太陽亮度太低,當時的太陽還處于主序星早期階段,光照只有今天的70%左右,地球自身無法從太陽處獲得足夠的熱量來“解凍”。
其次是氧氣導致甲烷大幅下降,這個強力溫室氣體的消失,讓地球失去了最重要的保溫層。而二氧化碳雖然也能保溫,但它的釋放速度遠不如甲烷的消失速度快。
再者,大陸板塊運動也“幫了倒忙”。那段時期,地球上的大陸正逐漸合并成一個超級大陸——哥倫比亞大陸,大片陸地集聚在南半球,減少了海洋對氣候的緩沖能力。大片裸露的陸地加速了巖石風化作用,進一步吸收大氣中的二氧化碳,形成一種“自我削弱”的惡性循環。
沒有甲烷、沒有陽光、沒有二氧化碳補給,地球陷入了一個幾乎無法自救的冰封漩渦中。每一次火山噴發釋放的溫室氣體,都被迅速消耗,每一次局部回暖,都會因為反射率高的冰蓋再次被拉回寒冷狀態。就這樣,地球被“凍住”了,不是幾千年,而是整整3億年。
這場浩劫之后,地球上生命怎么樣了?
最令人震驚的是,這場長達3億年的極端冰封時期,并沒有終結地球上的生命。反而在冰層之下,生命找到了新的生存方式,并為之后的進化鋪平了道路。
科學家推測,在深海熱液噴口附近、冰下海洋的低光區域,仍然存在一些耐寒、耐低氧的原核生物,它們靠化能合成維持生命活動。正是這些微小卻頑強的生命形態,在冰封世界中維系著地球的“生命火種”。
更重要的是,大氧化事件雖然觸發了冰期,卻也永久性地改變了地球大氣的結構。在此之前,地球是一個“缺氧星球”,自從藍藻釋放出氧氣以后,氧氣開始逐漸積累,最終形成了我們今天呼吸的大氣層。氧氣的穩定存在,使得更復雜的生命形式成為可能,為后來的真核生物、動物、植物鋪設了舞臺。
所以,這場“大冰期”雖然幾乎毀滅了一切,卻也開啟了一種更高層次的演化路徑。它像是一場嚴酷的試煉,篩選出了最適應環境的生命機制,也讓地球學會了如何在極端條件下“自我調節”,從而具備了演化的彈性。
從某種意義上說,沒有那3億年的冰封,也許就不會有今天的你我。
“赫羅尼冰期”與“雪球地球”
赫羅尼冰期并不是地球歷史上唯一一次“全球凍結”。在大約7億年前,地球又經歷了一次更嚴重的冰期,被稱為“雪球地球事件”,同樣冰封赤道、持續數千萬年。
兩者有什么不同?
首先,赫羅尼冰期(24~21億年前)是第一次由生物“制造”的氣候災難,起因是氧氣的爆發。而雪球地球事件(約7億年前)則更可能由板塊運動引發的風化增強觸發。
其次,赫羅尼冰期發生在生命極其原始的階段,主要是單細胞原核生物;而雪球地球之后,真核生物開始迅速擴展,被廣泛認為是復雜生命爆發的前奏。
這說明,地球的氣候系統并不是穩定的,而是存在突變、崩潰、重構的可能。而這樣的突變,恰恰成為生命多樣性的“篩子”與“催化劑”。
我們今天生活在一個相對溫和的氣候窗口期,但從地球的尺度來看,這只是短暫的喘息。地球可以冰封、可以灼燒、可以休眠、可以爆發,它從不保證宜居,只是偶爾溫柔。
總結
地球不是一直宜居,它曾差點死在自己制造的氧氣里。但它熬過了3億年的寒冷夜晚,換來生命的新黎明。有時候,劇烈的崩塌,恰恰是新世界的開始。
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