“雪球地球”與生命大爆發

距今8億到6億年前，地球劇烈的氣候變化有可能使地球變成了一個“雪球”。科學家現在認為，史前“雪球地球”很有可能是地球復雜生命誕生的催化劑……

于2003年從火星上拍攝的一張地球照片顯示：地球就像一個藍色的球，懸掛在一片漆黑的永恒虛空中，比它小得多的月亮依伴在側。一些在學術界頗有影響力的地球科學家稱，如果這張照片拍攝于8億年到6億年前，那么我們看到的景象可能會大不相同，那時的地球應該是一幅黑白圖景，沒有我們今天熟悉的藍色海洋和綠色大地，只有一片白茫茫的冰雪覆蓋在黑黝黝的土地上，地球看起來只是懸浮在太空中的一顆毫無生命氣息的白色“雪球”。

那就是地球的冰河期，地球上所有地方都像如今的南極洲一樣千里冰封，海岸線上的積冰至少有1000米厚，內陸地區的冰雪層更厚。當時地球氣溫低至零下40℃，所有的濕氣都被凍結在空氣中，只有火山爆發時才有云霧產生。除了冰川開裂的聲音，以及偶爾的地震轟隆聲和火山爆發的巨響之外，地球是一片寂靜沉默的世界。

地球曾經是一個“雪球地球”?

地球曾經是一個“雪球地球”——這個理論聽起來很怪異，而且自發布以來一直引起學術界的激烈爭議，它就像當年的進化論、宇宙大爆炸理論和大陸漂移說，是一個創新性理論。

2008年9月，也就是“雪球地球”理論發布10年之后，在墨爾本大學召開的一個研討會上，“雪球地球”理論的支持者指出，這一理論目前已經獲得了許多比以前更有力的證據，正在成為被確認的科學理論。

支持者認為，“雪球地球”理論令人振奮，因為它可以解釋很多問題，比如為什么在熱帶地區會出現冰川沉積物，為什么海洋曾經有過如一潭死水般無生命活動的時期，為什么在8億年到6億年前幾乎所有的地球生命都消失了。而最令人振奮的就是，它有可能解釋了化石記錄中最大的謎團之一：為什么大量充分進化的多細胞生物幾乎在一夜之間出現在了地球上。

我們知道，大約5.75億年前，在澳大利亞南部、紐芬蘭、中國華南地區以及俄羅斯北部地區。出現了一些被稱為“艾迪愛卡動物群”的奇怪的多細胞生物，這些海洋軟體動物大多生活在海底，有的可長到4米長。過了大約3300萬年，在2000萬年至3000萬年的一個較短的時期內(在進化史上這只能算一個短暫的瞬間)，幾乎所有現代動物的祖先都相繼出現在了地球上，這一生命多樣性的突然大爆發事件被稱為“寒武紀生命大爆發”。

在寒武紀生命大爆發之前，地球表面覆蓋著大量冰河(對這一點幾乎所有的科學家都沒有異議)，那么當時的地球冰封到了什么樣的程度呢?是冰雪覆蓋了整個地球(那就是“雪球地球”)?還是仍然有一部分海洋從冰雪覆蓋中露出頭來(那就是“泥濘地球”)?如果“雪球地球”現象真的發生過，它對地球生命進化究竟起到了什么樣的作用呢?這些就是我們要揭開的“雪球地球”之謎。

何以形成“雪球地球”?

目前地球科學家普遍達成共識：地球上的三次冰河期都有可能導致了“雪球地球”。第一次冰河期發生在22億年前，另外兩次發生在7億年前的新元古代成冰紀時期及6.35億年前的埃拉逖那或馬林諾冰期。

科學家發現，世界各地的許多冰川活動似乎都是在同一個時期形成的，那就是7億年前的新元古代后期。科學家認為那時的地球有可能經歷了一次非常大的冰河期，當時冰河可能一直延伸到如今的熱帶地區。那次冰河期的一個顯著特征是由冰川事件形成的與眾不同的沉積層——冰河流動侵蝕地面，并沿途帶走大量的巖石，因此在冰川流經之地都會留下沖刷的痕跡。冰川作用的另一個顯著的遺跡是它往往會產生非常大的巖石，通常被稱為漂石，這些漂石隨著冰川活動被帶人海里，最終滾落進入海底沉積物中。

這種情形是怎么發生的呢?有科學家提出，關鍵在于地球的反照率，即地球反射而不是吸收太陽輻射所達到的程度，反照率的影響有可能非常巨大。

在冰川期，覆蓋大地的皚皚白雪提高了地球對陽光的反照率。計算機模型結果顯示，如果地球溫度冷到冰蓋足以覆蓋半個地球表面，冰川到達南北緯度30°的地方，正反饋機制就會啟動。地球就像一個晶瑩閃耀的雪球，將大量陽光反射回太空，而地球自然變得越來越冷，并很快達到全球冰封的程度。一旦正反饋開始，只需要幾年甚至更短時間，地球就會變成一個幾乎完全被冰雪覆蓋的星球。

地球如何掙脫冰雪的桎梏?

“雪球地球”的反對者質疑：如果“雪球地球”真的存在過，那地球又是如何從冰雪的桎梏中掙脫出來的呢?有計算表明，如果冰雪覆蓋整個行星的表面，地表會將90％的太陽光反射回去，而剩下的10％是不足以使冰雪大面積融化的。如此看來，地球將永遠都是一個大“雪球”。上世紀80年代后期，美國科學家喬·凱斯文科試圖回答這個問題(他也是“雪球地球”這個術語的提出者)。他說，在“雪球地球”上。雖然地球上的大部分活動都停滯了，但地球板塊卻仍然不受影響地在地表之下運動著，導致火山氣體從地底下噴發出來，特別是二氧化碳。在一個沒有雨水、沒有任何植物、完全被冰雪覆蓋的地球上，沒有任何東西能夠吸收這些噴涌而出的火山氣體。經過數千萬年的累積，大氣中的二氧化碳的濃度越來越高，最終達到今天地球大氣二氧化碳濃度的數百倍，并引發強烈的溫室效應，“雪球地球”由此解凍。

“雪球地球”理論聽起來如此怪異，引起了許多激烈的反對意見，直到一位叫霍爾曼的地質學家在熱帶地區找到了冰河移動留下的證據。

霍夫曼曾經在非洲南部的納米比亞研究碳酸鹽巖石——溶解的二氧化碳同巖石中的礦物質反應后會形成碳酸鹽，溶于水中的碳酸鹽將進人海洋并在海底沉積下來，因此碳酸鹽是較溫暖的熱帶地區海水留下的痕跡。霍夫曼發現，大約6億年前，在溫暖水域地區形成的巖石之間存在著明顯的冰川沉積物。

霍夫曼是在對碳酸鹽中的碳的來源進行追蹤探查時發現這種奇怪現象的。天然的碳以兩種同位素出現，一種是碳12，一種是較為罕見的、較重的碳13。植物在吸收維持生命所需的碳的時候，對碳12有著明顯的偏好。因此，在有生命的海水中的碳13的含量明顯要高于沒有生命存在的環境。簡言之，根據碳同位素的濃度可以分析得知當時地球生命活動的活躍程度。

霍夫曼對納米比亞的巖石中的碳同位素濃度進行的分析顯示，在冰川期沉積層之上有一層很厚的碳酸鹽巖帽沉積層，這正是大氣中含有大量二氧化碳并溫暖地球的標記。

霍夫曼還確認了碳酸鹽巖帽的存在與溫室效應融化“雪球地球”在理論上正相吻合——當水循環重新開始時，雨水開始溶解和洗滌大氣中的酸性二氧化碳，并對地面的巖石產生風化作用。冰雪融化時將巖石風化分離出來的碳和礦物質一起帶人海洋，在溫暖的海水里沉淀下來，形成碳酸鹽巖帽。

在一系列起逆轉性作用事件的影響下，地球溫度猛然飆升到了40℃至50℃，地球表面的冰雪在不到一千年的時間里就融化殆盡。

地球生命如何復蘇?

目前，“雪球地球”理論正在推動著對地球生命起源的研究，促使科學家產生了許多新的構想。

反對者不相信“雪球地球”真的存在過，他們提出，如果地球過去真的那么冷，那將導致地球生命滅絕，但事實上冰河期的前或后都有化石證據可以證明，生命確實存在過。而支持者則堅持認為，生命可以在湖泊的冰縫中或在冰下以深度冷凍的孢子的形式生存下去，或者在海底熱液口附近的較小區域內生存下去。

地球生命顯然在地球漫長的嚴冬中幸存了下來，一小群一小群但分布廣泛的生命適應著嚴酷的生存環境，而這正是促進生命快速進化和新物種形成的催化劑，足以促使各種多細胞生物的誕生。

當然，“雪球地球”并不是一個容易下結論的理論，因為我們很難確切地了解當時的地球究竟發生了什么，地質活動使我們失去了許多證據。

不過，霍夫曼指出，根據在中國南部地區發現的動物卵和胚胎的化石證據，以及在阿曼發現的海綿動物留下的有機化合物痕跡，“雪球地球”極端氣候變化事件顯然與多細胞動物的出現存在著密切的關系。

一直致力于研究6500萬年前鳥類起源的澳大利亞古生物學家帕特麗夏·維克斯一里奇認為，新元古代冰川期后期復雜多細胞生物的出現可能與三個因素有關，或者說是這三個因素的綜合作用。一是大規模的大陸山脈的侵蝕活動使大量的泥土沙石進入海洋，導致海水中營養物質大量增加；二是大量的有機物質被埋在海底，使得大氣中的氧氣逐步積累起來，這是復雜生命產生的必要條件；最令她感興趣的是最后一個因素：冰川融化帶來的海水淡化。在冰川頻繁活動時期，大量淡水被凍結成冰，而海洋冰帽下的大量液態水因含鹽量太高而不適宜海洋生命生存，對多細胞生物就更不用說了，因此一些海洋生物不得不退居到含鹽度低的地方去“避難”，等到冰雪融化的偉大時刻到來時，它們紛紛奔赴海洋去開辟它們的棲息地并在那里大量繁衍。

不管你是否贊同“雪球地球”的觀點，新元古代冰河期后期的溫室效應的巨大力量是一個很好的前車之鑒，它能夠讓我們進一步認識和警惕現代氣候變化對整個地球產生巨大影響的風險性。這種影響力是真實的、快速的，事實上它已經對地球生命演化產生了顯著的影響。

“雪球地球”現象會再次發生嗎?科學家認為，不排除在遙遠的未來“雪球地球”再次出現的可能性，但那將是幾千萬年甚至幾億年之后的事情了。