史前地球曾3次变身“冰球”,是什么原因导致?

笔者 东邪

在太阳系八大行星中,地球是最特别的那一颗,因为这颗蓝色星球上早在几十亿年前就已经出现了生命,如今地球上的生命更是发展到了另一种高度(www.xukun.net)。长期以来,科学家们都在研究地球与其他行星之间的区别,旨在探索使得地球拥有孕育生命能力的原因。结果科学家在回溯地球早期的发展史的过程中,发现地球也并非一直都是宜居星球。

换而言之,过去的地球曾在几段时期内突破了温度临界值,导致整个地球进入冰封期。去年《英国皇家学会会刊》上就出现了一篇专门研究地球气候变化的研究论文,论文的作者是美国麻省理工学院的研究团队。他们通过建立数值模型进行模拟和分析,最终发现地球在历史上至少有3次进入冰封期。那么是什么原因导致地球变成一颗冰球呢?

地球的第一次冰封期发生在什么时候?

很多人对于科学家是如何研究过去地球的气候环境表示疑惑,尽管人类在地球上的历史还不到一千万年,但是现在的我们已经能在大自然中发现一些蛛丝马迹,然后根据这些痕迹去推断地球过去发生过什么。以研究地球过去大气情况为例,科学家目前主要是采用钻取岩层或冰芯的方法,然后研究样本中氧16和氧18的比例。

在自然界中,氧16、氧17和氧18是三种丰度较高的氧同位素,其中氧16和氧18的比例常用于冰川的断代,因为氧18主要存在水中,而氧16主要存在空气中,通过分析历史某一时期两种同位素的比例,大致可以推断出该时期的地球气候情况。除了能从海水中获得线索之外,还能从地下岩层中获得线索。

根据以往的地质研究,地球第一次冰封期可能发生在24亿年前,而引起全球冰封的原因很可能是蓝细菌。这种微生物被认为是地球上最早的通过分解水来释放氧气的生物,它的出现改变了当时地球大气中温室气体占主导地位的局面。随着蓝细菌的数量越来越多,产生的氧气也越来越多,而消耗氧气的生物尚未出现,因此大气中氧气比例逐渐上升。

这一情况导致地球平均气温逐渐下降,地质学家推测,在蓝细菌第一次出现后的10万年里,地球的平均气温降到了零下50摄氏度左右。通过对冰芯的钻取和研究,科学家推测地球第一次冰封期导致地球完全被冰冻了起来,就连赤道也覆盖了厚厚的冰层。唯一的生命可能就藏匿在地下深处或海底的热泉口处,它们是地球生命后续发展的重要根基。

之后几次冰封期又发生了什么?

在第一次冰封期后,地球大约在8~5.5亿年前、100万年前和2.1万年前再次遭遇了冰封期。除了第二次冰封期和第一次冰封期一样是全球冰封的情况之外,其他冰封期都并没有出现地球完全被冰封的情况。如果把第二次冰封期与生物发展史的相应阶段放在一起比较,我们就会发现著名的寒武纪大爆发就是在那一次冰封期后出现的。

寒武纪大爆发指的是地球生命的数量和形式在那一事件后变得异常多样,这次事件被认为是地球生命发展史的重要转折点,但至今古生物学家还未弄明白导致那次事件发生的原因,因此该事件也变成了进化论难以解释的一大历史悬疑。第三次冰封期和第四次冰封期则影响了人类演化的进程,研究发现在冰封期出现后,人类的祖先开始探索新的生存方式。

在改变生存方式之前,人类的祖先主要靠采集和狩猎为生,这两种方式获得食物的速度更快,但是容易受到气候环境变化的影响,比如在冰封期中,大多数植物和动物都死亡了,直接导致人类祖先的食物短缺。为了解决这一问题,他们开始尝试种植农作物和驯化动物,这可能就是人类农业和畜牧业的起源。

什么原因导致地球进入冰封期?

目前科学界的主流观点认为,第一次地球冰封期是蓝细菌大量繁殖导致大气氧含量激增导致的,其他的冰封期可能都是大规模火山爆发或太阳活动减弱导致的。先来说说大规模火山爆发所产生的影响,一座火山的喷发还无法对地球气候造成直接影响,但当多座大火山在同一时间段喷发时,它们足以改变地球气候的变化趋势。

火山喷发导致大量火山灰涌入大气层,火山灰在自然风的带动下扩散到其他区域。它就像一块抹布一样笼罩着地面,严重的话甚至笼罩了整个地球。火山灰在大气层中的存在导致太阳辐射大量被削弱,最终能照射在地面上的光线减少了许多。长此以往,地面接收的热量不足,气温就开始下降,生物开始走上灭亡之路。

然后再来说说太阳活动的问题,太阳作为地球唯一的自然光源和热源,它的活动情况与地球息息相关。如果太阳表面的活动强度减弱了,那么对周围星球的热量输送就减少了,直接导致地球表面接收到的热量减少。温度降低后,高纬度和高海拔地区开始结冰,冰的出现进一步增强太阳光的反射,减少太阳光的吸收,进而导致温度进一步下降。

这项研究想要传递什么信息?

一旦这种情况突破一个临界值,那么地球就将不可逆转地陷入冰封期,而冰封期通常长达几万年的时间。因此从这项研究中我们可以得到一些重要的信息,地球并非一直都是宜居星球,一旦它的平均气温突破了临界点,那么全球将会陷入冰封期。其次,虽然历史上所有的冰封期都是自然因素导致,但是未来可能出现的冰封期则是人类导致的。

这让笔者想到了电影《流浪地球》中的画面,地球表面完全冰冻,人类只能生存在地下世界。

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