全球冰凍真的會發生嗎？

袁訓來

不知道寒假大家有沒有去欣賞《流浪地球》呢？電影中，當地球接近木星軌道，離開宜居帶時，從一顆蔚藍色的水球變成了雪白色的冰球。不過，像這樣的全球冰凍并非只是科幻故事。有足夠的證據表明，現實世界的確發生過如此令人難以想象的宏大事件——而且至少發生了三次。這就是著名的“雪球地球”假說。遠古地球是如何被凍住與解凍的？未來地球還可能再次被冰層覆蓋嗎？

眾所周知，春夏秋冬的季節更替，是由于地球繞太陽公轉與黃赤交角造成的。某一時段、某一地區接收太陽能的多和少，直接導致了暖和冷的變化。冬去春來，冰雪消融，萬物復蘇，這一千古不變的自然規律，一直鐫刻在人類文明的記憶中。但是，在遠古時代，地球曾出現過“冬天一直不去，春天一直不來”的特殊情景。你能想象出“赤道附近的海洋都為冰層覆蓋，整個地球都跟今天南極一樣”的情形嗎？這一特殊現象的確在地球上發生過！地質學家稱之為“雪球地球”事件，也就是說地球出現了長時間的冰凍狀態。

這樣的極端寒冷事件是有根有據的，它是地質學家根據保存在地球上的巖石記錄，利用科學方法開展細致研究得出的結論。全球冰凍現象，在地球歷史中至少出現過3次。迄今為止，研究最為詳細的是距今6.35億年前的新元古代“雪球地球”事件，國際上稱為“馬林諾大冰期”，中國稱為“南沱大冰期”。在現今的主要陸塊上，包括中國南方都保存了那一時期極端寒冷事件最重要的地質學證據：低緯度地區的海洋冰川沉積。我國科學家還根據相關地層中的火山灰，測算出鋯石的鈾-鉛年齡，限定了該次大冰期持續的時間為距今6.55億年～6.35億年。同時，中國在這次冰期前后還保存了豐富的化石記錄，例如冰期之后很快就出現了以多細胞真核生物為主體的“藍田生物群”“甕安生物群”，為人們認識“雪球地球”事件結束之后生物的演化提供了獨一無二的珍貴化石資料。

“雪球地球”事件是地質史上最嚴酷、最極端的地質事件和古氣候事件，它的發生、發展和結束改變了地球海洋和大氣的物理化學條件，給地球生物圈及其賴以生存的環境都帶來了深刻的影響。歸納起來，大致有三個方面：第一，全球性的寒冷氣候使冰期前后的生態系統產生了較大的變化。冰期之前溫暖淺海環境中廣泛發育著由藍藻和細菌形成的疊層石微生物席，它們在生物圈中占主導地位并持續了近30億年之久，而在冰期之后的正常海域中分布非常有限，這同時也產生了很多空的生態位。

第二，冰期中的大陸上主要以物理風化為主，積累了大量陸源碎屑物質。冰期之后，溫暖濕潤的氣候使化學風化作用大大加強，從而讓大量陸源碎屑物質和淡水注入海洋，使得當時的淺海可能在較短的時間內形成溫暖、富營養的環境，這種環境有利于浮游低等藻類的繁盛。快速的風化作用和沉積作用把藻類的遺體帶入沉積物中，并以黑色頁巖的形式進入巖石圈。而浮游低等藻類產生的氧氣必定呈游離態大量進入大氣圈，使大氣和淺海中的氧含量可能在冰期結束后一個相對較短的時間內有了明顯的升高。

第三，大冰期也給予了生物本身巨大的選擇壓力，一些生物在極端寒冷事件中滅絕。冰川作用也帶來了廣泛的地理隔離，很可能加速了部分海洋生物，特別是真核生物的成種速度。

“雪球地球”事件雖然對地球原有的生物圈及其生態系統造成了巨大的破壞作用，但其后的環境卻為真核生物的大發展帶來了契機。冰期之后溫暖的淺海、空出的多樣化的生態位、富含無機鹽的海水、含氧量的升高以及生物遺傳物質的快速變異，都是真核生物快速多樣發展的重要條件。

需要特別指出的是，“雪球地球”事件與地球上曾經發生過的“五次生物大絕滅”事件非常類似。那就是：全球性的極端環境變化使事件前后的生物面貌發生了明顯的更替。“舊的不去，新的不來”，可以想象，如果沒有“雪球地球”事件，也許我們的地球還處于原核生物時代。就好比要是恐龍沒有滅絕的話，也許哺乳動物，包括我們人類也不可能有今天的繁榮發展。

因此，從客觀上來看，這一極端的寒冷事件促使了地球早期簡單生命向復雜生命的快速演化，它是地球生命進化史中不可或缺的重要環節。

（選自2019年第2期《科學世界》，本刊有改動）