还记得上个月那场“世纪寒潮”多恐怖吗！地质学家说：呵呵。

上个月那算P啊，我们来讲一个大型冷故事……...



还记得上个月的那场“世纪寒潮”吗？包邮区水管纷纷爆裂，广州居民多年来头次见雪，华北以北人民全部冻成狗的那一次？

地质学家说，呵呵。

围着火炉与暖气，煮一杯咖啡或茶，我们来讲一个大型冷故事——地球46亿年历史中的最大极寒。跟这次事件相比，哪怕是距今一万年左右的“冰河时代”，也不过是一场波澜不惊的“微风”而已。至于什么世纪寒潮？Don't Panic，不过是一个稍微冷些的冬天罢了。

要说自地球形成以来的最大“寒潮”，莫过于新元古代的那次“雪球事件”（SEE, The Snowball Earth Event）了。字如其名，当时的地球，基本就是个宇宙大雪球。从极地到赤道，地球的表面几乎全部被冰盖所遮覆。干燥的空气磨蚀着苍凉的陆地，广袤的大洋被全部冻结，哪怕你站在热带，感受到的也是今日南极的温度；脚跨赤道，看到的也不外乎是一片晶莹的苍白。



七亿年前的雪球地球。图片来源：news.discovery.com

雪球事件发生在距今七亿年前。七亿年，在历史的长河中，实在是一个颇为尴尬的节点。对地球诞生的原点来说，它足够漫长。40亿年的光景，早已让地球演化成了一个成熟的行星，它有了板块构造，有了稳定的大气，有了遍布海洋的简单生命，一切看上去早已井然有序；然而，对于站在时空这头的我们，七亿年又显得足够遥远，遥远到比寒武纪生物大爆发还要早上两亿年。那个时候，不仅恐龙们的中生代是遥遥无期的未来，甚至连三叶虫和角石也尚未登上地球舞台，只有蓝藻等单细胞动物，统治着当时那尚未喧嚣的海洋。它们在广阔的潮坪上安静地栖息，随着潮涨潮落，堆叠起韵律般的纹层。这些层层叠置的藻类遗迹，是后世唯一可以回溯至此的生命印记。

虽然尚不热闹，但元古代的这幅光景，好歹洋溢着一颗宜居带内的星球该有的生机与活力。然而，全球冰川就这么突如其来地尘封了一切。先是从两极开始，冰川逐渐向低纬度进军，直至把热带的暖风与浪花，全部凝固在肃杀的极寒中。尽管无法直接目睹当时的环境巨变，但我们能够在遥远的太空中，找到当时地球大致的形貌。欧罗巴（Europa），木星的第二颗卫星，一颗围绕着巨人旋转的晶莹小球。与我们印象中多数坑坑洼洼的灰色星体不同，木卫二有着一袭淡蓝而细腻的表层，那是它冰质的外壳。这颗遥在5亿公里开外的异星，却是七亿年前我们自己的温暖家园，或曾表现出来的样子。




雪球地球（上）与木卫二（下），它们身处不同的时间与不同的空间，展现的却是一副高度相似的场景。 图片来源：www.bbc.co.uk; photorator.com

雪球事件一如鬼魅般来去匆匆，在元古代末期留下印记后，便马上消失在一如既往的温暖中。在此后数亿年的时光里，它再也未曾重现，以至于人们直接用此次事件来命名地球历史上这段非同寻常的时期。成冰纪（The Cryogene），三个肃杀的字眼，形象地提醒着人们，这生机勃勃的地球上曾有过一段冰雪漫布的纪元，在彼时，冰川遍布四海；在彼时，赤道白雪皑皑。人们究竟是靠什么线索，断言出当时的地球就是这么一个宇宙级的大雪球呢？靠岩石。沧海桑田、往事不复，只有岩石的残片，是唯一能够穿越时空，将尘封的往事保留至今的星球遗迹。

作为岩石王国里的环境指示物，沉积岩——由地表沉积物压实固结而形成的岩类——是反应当时地表环境的直观快照。一层层的沉积岩，构成地层；一套套地层，又构成大陆表面直接披覆的“外皮”。所谓大陆，不外乎是蓝海中一座座庞大的“移动方舟”，它们会漂移、会裂解、也会在偶然的时段，合众为一。今天你脚下大地所处的位置，可能与千万年前大径相庭。除了位置不一样，大陆表面的环境也在无时不刻地改变着。这也是为什么哪怕你站在干旱的内陆，也同样有机会找到浅海贝壳的原因。

大陆漂移在这颗星球上延续了数十亿年，但科学家们却有一套完善的方式，揭示出大陆上的每一块沉积岩形成于何时、何地、以及何种环境，并以此来还原大陆漂移和环境变迁的历史：利用层序律和同位素时钟，他们能够确定出地层形成的年代；利用沉积岩中含磁矿晶的排列方位，他们能够还原出大陆当时所处的纬度。岩石的结构与构造，可以揭露沉积物生成的环境；而地层间的叠置关系，则记录着环境的演化与变迁。时间、地点、环境，当所有的铺垫都已到位，剩下的，就看怎么把遥不相及的残片，拼合为一个完整的叙事了。

在全球的各个大陆上，都或多或少地残留着元古代地层的遗迹。从苏格兰到纳米比亚，从澳州腹地到中国三峡…..当人们追溯这些属于7亿年前形成的地层时，发现它们基本上都残留着冰川曾经覆盖过的痕迹：这些沉积岩有着浅海波浪所形成的、独特而细腻的纹层，但在这些纹层中，却又截然分布着硕大的冰积巨砾。在外动力地质作用中，除了冰川外，大概没有什么外力能够如此偶然地把完全不属于一个水动力量级、甚至来源也截然不同的沉积物，放置到正常情况下完全不该它出现的环境里了。这样的构造，往往出现在高纬度地区。但是通过古纬度还原，却发现7亿年前这些地层根本不是高纬度的极区特产，而几近覆盖了从极地到赤道的全部地域。就这样，对“岩石古卷”的破译，最终把两个看上去风马牛不相及的词汇——赤道和冰川——活生生地凑到了一起。



雪球事件的野外证据：被冰川携带的巨砾，突兀地砸入稳定沉积的地层。图片来源：legacy.earlham.edu

来自五洲四海的更多数据，最终拼合成了一幅明晰而又生动的画卷：一个遍布着冰雪的白色地球。当故事的尘埃已经落定，科学家的焦点，便放到了背后推手的位面。不要太乐观，因为接下来所发生的一切，似乎是一个必然注定的死局。什么是死局？是所有不利因素偏偏在同一时刻出现，聚为合力？抑或是因果相连，形成一个愈加严峻的反馈链？很不幸，当时的地球，似乎把这两者都占了。

先说说合力的使然吧。一切的始作俑者似乎还在于大陆漂移。古纬度还原表明，在当时的地球上，各个板块已经聚合为联合大陆，处于中低纬度区间。由于大陆的表面是岩石，相较于大洋，对太阳光的反照率（Albedo）要强得多，而低纬度，偏偏又是地球接受太阳光最多的区域。陆地增加的直接后果，便是单位时间内整个地球系统获得的太阳能更少了。地表的温度输入主要靠阳光。“净收入”变少，是全球变冷的第一推力。





反照率增加的形象表示。随着中低纬度地区陆地面积的增加，地球反照阳光的量越来越大，使得整个地球系统获得的太阳能愈发减少。图片来源：www.nicerweb.com; squidonice.wordpress.com

地表之上，还有个大气层。温度的输入是一回事，但维持又是另一回事。地表温度的维持主要靠温室气体——比如二氧化碳（CO2）等对太阳能的锁定。大量陆地聚集到低纬度，对大气CO2的含量是一个极为负面的影响因素。热带降雨活跃、大气潮湿，导致大陆岩石圈风化作用空前活跃。在风化作用中，大气中的O2、CO2、H2O等成分被消耗，并随着生成物进入岩石圈，从而退出大气循环。当大气中“净流通”的二氧化碳等温室气体减少，温室效应便随之减弱。环境的温度逐步降低，冰川一步步生成并扩大，冰期就在这样的递减中，悄然而至了。

到了冰川扩大的时候，事情就变得更加不可挽回了，冰川本身便是上述合力的结果，但更可怕的是——它本身，却恰恰是全球持续变冷最有效的诱因。回到反照率这个概念上。说到反射太阳光，无论海水也好、岩石也罢，又有谁能跟晶莹的冰雪相比？另一方面，当水体扩大结冰，蒸发会越来越少，大气中能够维持温度的湿润水汽也骤然下降。反照率的激增和蒸发率的骤减，直接将冷室效应带入了一个持续堆栈的死循环。环境学模拟表明，当地球表面有一半被冰覆盖的时候，全球冻结将成为不可逆转的趋势——换句话说，一个冰雪满布的全球，将会成为这个链式反应的末端，必然出现的结局。




这样的冰盖，在当时的全球，似乎是司空见惯的事情。图片来源：www.earthtouchnews.com; www.newscientist.com

每一个因素里，似乎都找不到破局的希望。合力和死循环牢牢压制着构成雪球的每一方面因子。未来将走向何方呢？还好，我们本身便生活在一个毫无悬念的未来里。现在的问题是，谁又是当时地球的破冰者呢？

不是太阳，也不是撞击的天体，而是地球自己。不要忘了，这是一颗有着活跃内动力的热行星。而这份终将表现出来的力量，叫做火山作用。火山的及时救援，让地球从全面的凝结中，苏醒了回来。

在今人眼里看来，那种被称为极端火山作用（Extreme volcanism）的事件，无疑是生物圈的灭绝级大杀器。在显生宙历史上，只要把这个障碍搬出来，生物圈几乎必然要用一次大灭绝来交卷。我们熟知的那场二叠纪末大灭绝（>90%海洋物种灭绝殆尽），就是5.4亿年来最漂亮的杰作。然而在此时，这个让生物圈闻风丧胆的武器，却成了把死局盘活，把地球从雪球中拯救出来的功臣。当然，就像对付生物圈那样，对付冰雪的套路其实也没什么新鲜的：两者，都不是靠岩浆的温度来直接烘烤什么，而是靠输出气体来间接改变大气圈的成分。

当时那些被封进岩石圈，从而退出大气循环的温室气体们大概不会忘记，地球本身——其实是一个更加庞大的循环系统。锁进岩石圈？不要紧。岩石还要在板块构造的循环中被带回地幔里头呢。当岩石的枷锁融化为流动的岩浆，气体，也就重获了自由。随后，只用等火山作用适时打开重归地表的通道，这些溶于岩浆的挥发分（Volatile），便会随着汹涌的热流一道，回到久违的大气层了。地表二氧化碳不是被消耗了吗？从地球内部再放出来一些就是了。

雪球时期，由于大量冰盖的影响，全球的岩石风化率进入了一个历史低位，地表温室气体的消耗因素几乎“触底”。此时，火山作用的净输入便显得尤为突出了。火山持续溢气，大气中的温室气体越聚越多，当它们的比例重新丰富到足以封存阳光，使平均温度能够重回冰点之上时，“白地球”便开始融化了。久违的蓝海出现，生命的家园复苏。然而始料未及的是，在经历“冬眠”后，生物圈的反应似乎远远超乎了元古代长期以来所表现出的样子。一个从雪球中醒来的生物圈，将要给地球带来多大的变革呢？埃迪卡拉——寒武。哪怕今日，也很难有人能彻底说清楚这段时间的地球，究竟孕育着怎样的疯狂。在经历雪球事件之后，生物圈几乎获得了一场迸发式的发展。长久以来被单细胞生物所统治的时空，随着雪球事件的结束而一并瓦解。多细胞的复杂生命，辐射性地扩展到了地球的每一个角落。从埃迪卡拉动物群的诞生到寒武纪生命大爆发，复杂生物的全方位铺张，直接完成了地球历史宙（Eon）一级的更替。隐生时代结束了，地球进入了它的第四宙级——显生宙（The Phanerozoic）。生命从此成为地球的“显学”。这5.4亿年，是我们自己的故事，生命见证了一个个优势类群的崛起，也见证了惨不忍睹的绝灭。高山依然在隆升和剥蚀，海洋也依然在扩张和闭合，但是，唯有那神秘的雪球，却再也没有重回世间。

未来，地球还会出现雪球事件吗？老实说，不知道。尽管我们无法预测那么长远的未来，但不妨让我们对文明自身的抵御机制报一份谨慎的乐观。毕竟这是人类的时代。就算雪球归来，这颗星球也早已不再是单细胞的世界，而是文明与智慧的家园。自然的变数、未来的文明，在两者之间，命运的天平到底将倾向何处？在把筹码押给人类之前，至少我不希望看到，当生态灾难的魅影开始出现时，有人指着它说，瞧，这是我们自己，一手酿成的灾难。

虽然对于地球本身来说，人类也好、雪球也罢，终归也都不是什么大问题。（编辑：Ent）

注：本文所谓的雪球事件特指发生在新元古代、资料详实程度最完善的一次。科学界有声音认为在前寒武纪历史上曾发生过数次雪球事件，比如太古代时期的休伦大冰河。由于这些事件涉及到太阳系早期更复杂的模型，比如弱日悖论（The Faint-Young-Sun Theory），与后期稳定环境下的灾变差异较大，故不在此文叙述范围内。本文来自果壳网，谢绝转载

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