7億年前冰封的赤道

"雪球地球"是指在距今約7.5億到5.8億年前,地球表面從兩極到赤道全部結(jié)成冰,只有海底殘留了少量液態(tài)水。雖然大量證據(jù)表明,大冰期在當(dāng)時(shí)的確存在過,但對(duì)于地球是否完全被冰封依然存在很多爭(zhēng)論。最近,美國(guó)哈佛大學(xué)地質(zhì)學(xué)家弗朗西斯·麥克唐納 (Francis Macdonald)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組,通過對(duì)夾在冰川沉積物之間的加拿大火山巖進(jìn)行研究,利用極為精確的鈾—鉛年代質(zhì)譜測(cè)年法認(rèn)定火山巖和冰川沉積物是在大約7.16億年前沉積形成的。此外,以前的研究結(jié)果表明,當(dāng)時(shí)形成這些火山巖時(shí)加拿大正處于赤道附近。因此,可以毫無疑問地說,地球赤道曾一度被冰雪所覆蓋。但圍繞"雪球地球"還有許多謎團(tuán)尚未解開,例如,僅憑借一個(gè)冰封的赤道,尚無法確定當(dāng)時(shí)地球上冰雪覆蓋的程度。事實(shí)上,連"雪球地球"這一名稱可能也需要重新考慮,地球可能不是一個(gè)雪球,而更有可能是一個(gè)泥球。這是因?yàn)橄蛲鈬娚浠覡a的火山經(jīng)常爆發(fā),可能使得地球表面"布滿灰塵"。此外,當(dāng)時(shí)植物尚未產(chǎn)生,臟兮兮的冰可能是地球表面吸收陽(yáng)光的唯一"黑點(diǎn)"。這些區(qū)域更容易融化,從而產(chǎn)生適宜早期生命,如藻類和菌類茁壯成長(zhǎng)的水體。在"雪球地球"時(shí)期,生命并未完全停止活動(dòng),部分生命形式存活下來,甚至不斷形成新的類型。認(rèn)識(shí)地球歷史中的極端狀況,可以促進(jìn)科學(xué)家認(rèn)識(shí)現(xiàn)代氣候的變化。(Science2010,327:1241-1243)

地球早期大溫室存在嗎

40億年前,太陽(yáng)比現(xiàn)在要昏暗30%,因此它無法為地球提供足夠的熱量,從而無法防止海洋變成永久的大冰原。但地質(zhì)學(xué)證據(jù)表明,液態(tài)水在40億年前海洋形成時(shí)便存在。為了解釋這一難題,研究者提出當(dāng)時(shí)二氧化碳?xì)怏w的濃度非常之高——大約是現(xiàn)今水平的100倍,因此大氣可以保持足夠的熱量,從而避免整個(gè)地球變成一個(gè)大冰球。最近,丹麥哥本哈根大學(xué)的地球科學(xué)家Minik Rosing率領(lǐng)的一個(gè)研究小組,對(duì)位于格陵蘭島西南部具有38億年歷史的磁鐵礦和菱鐵礦兩種鐵礦石進(jìn)行了分析。此前科學(xué)家已經(jīng)知道,如果二氧化碳太多,則磁鐵礦無法形成,反之,二氧化碳太少,則菱鐵礦無法形成。因此,根據(jù)這兩種鐵礦石的比例,研究者推斷,太古代時(shí)期的二氧化碳水平不會(huì)高于1000 ppm,也就是說不會(huì)高于現(xiàn)今二氧化碳濃度387ppm的3倍,不足以彌補(bǔ)昏暗的太陽(yáng)所缺失的熱量。那么到底是什么替代了二氧化碳為地球保溫呢。研究者給出了兩種可能的解釋,第一,地球的大陸塊在幾十億年前要小得多,這意味著海洋能夠吸收更多的太陽(yáng)熱量;第二,由于地球上的生命都是剛剛形成的,有機(jī)體只會(huì)產(chǎn)生很少的氣體以幫助云團(tuán)的形成,因此更多的陽(yáng)光能夠直接到達(dá)地球表面。但有研究者提出現(xiàn)在就放棄溫室氣體的假設(shè)為時(shí)尚早,當(dāng)時(shí)肯定還存在一些其他的溫室氣體。(Nature 2010,464:744-747)