“雪球地球”催生地球生命

■旋旋

于2003年从火星上拍摄的一张地球照片显示：地球就像一个蓝色的球，悬挂在一片漆黑的永恒虚空中，比它小得多的月亮依伴在侧。一些在学术界颇有影响力的地球科学家称，如果这张照片拍摄在6亿年前，那么我们看到的景象可能会大不相同。那时的地球应该是一幅黑白图像，没有我们今天熟悉的蓝色海洋和绿色大地，只有一片白茫茫的冰雪覆盖在黑黝黝的土地上，地球看起来只是悬浮在太空中的一颗毫无生命气息的白色“雪球”。

那就是地球的冰河期，地球上所有地方都像如今的南极洲一样千里冰封，海岸线上的积冰至少有1000米厚，内陆地区的冰雪层更厚。当时地球气温低至－40℃，所有的湿气都被冻结在空气中，只有火山爆发时才有云雾产生。除了冰川开裂的声音以及偶尔的地震轰隆声和火山爆发的巨响之外，地球是一片寂静沉默的世界。

曾经是“雪球地球”？

地球曾经是一个“雪球地球”——这个理论听起来很怪异，而且自发布以来一直引起学术界的激烈争议，它就像当年的进化论、宇宙大爆炸理论和大陆漂移说，是一个创新性理论。

2008年9月，也就是“雪球地球”理论发布10年之后，在墨尔本大学召开的一个研讨会上，“雪球地球”理论的支持者指出，这一理论目前已经获得了许多比以前更有力的证据，正在成为被确认的科学理论。

支持者认为，“雪球地球”理论令人振奋，因为它可以解释很多问题，比如为什么在热带地区会出现冰川沉积物，为什么海洋曾经有过如一潭死水般无生命活动的时期，为什么在8亿～6亿年前几乎所有的地球生命都消失了。而最令人振奋的就是，它有可能解释了化石记录中最大的谜团之一：为什么大量充分进化的多细胞生物几乎在一夜之间出现在了地球上。

何以形成“雪球地球”？

目前地球科学家普遍达成共识：地球上的三次冰河期都有可能导致了“雪球地球”。第一次冰河期发生在22亿年前，另外二次发生在7亿年前的新元古代、成冰纪及6.35亿年前的埃拉逖那或马林诺冰期。

科学家发现，世界各地的许多冰川活动似乎都是在同一个时期形成的，那就是7亿年前的新元古代后期。科学家认为那时的地球有可能经历了一次非常大的冰河期，当时冰河可能一直延伸到如今的热带地区。那次冰河期的一个显著特征是由冰川事件形成的与众不同的沉积层——冰河流动侵蚀地面，并沿途带走大量的岩石，因此在冰川流经之地都会留下冲刷的痕迹。冰川作用的另一个显著的遗迹是它往往会产生非常大的岩石，通常被称为漂石，这些漂石随着冰川活动被带入海里，最终滚落进入海底沉积物中。

在冰川期，覆盖大地的皑皑白雪提高了地球对阳光的反照率。计算机模型结果显示，如果地球温度冷到冰盖足以覆盖半个地球表面，冰川到达南北纬度30°的地方，正反馈机制就会启动。地球就像一个晶莹闪耀的雪球，将大量阳光反射回太空，而地球自然变得越来越冷，并很快达到全球冰封的程度。一旦正反馈开始，只需要几年甚至更短时间，地球就会变成一个几乎完全被冰雪覆盖的星球。

地球如何挣脱冰雪的桎梏？

“雪球地球”的反对者质疑：如果“雪球地球”真的存在过，那地球又是如何从冰雪的桎梏中挣脱出来的呢？有计算表明，如果冰雪覆盖整个行星的表面，地表会将90%的太阳光反射回去，而剩下的10%是不足以使冰雪大面积融化的。如此看来，地球将永远都是一个大“雪球”。20世纪80年代后期，美国科学家乔·凯斯文科试图回答这个问题（他也是“雪球地球”这个术语的提出者）。他说，在“雪球地球”上，虽然地球上的大部分活动都停滞了，但地球板块却仍然不受影响地在地表之下运动着，导致火山气体从地底下喷发出来，特别是二氧化碳。在一个没有雨水、没有任何植物、完全被冰雪覆盖的地球上，没有任何东西能够吸收这些喷涌而出的火山气体。经过数千万年的累积，大气中的二氧化碳的浓度越来越高，最终达到今天地球大气二氧化碳浓度的数百倍，并引发强烈的温室效应，“雪球地球”由此解冻。

“雪球地球”理论听起来如此怪异，引起了许多激烈的反对意见，直到一位叫霍夫曼的地质学家在热带地区找到了冰河移动留下的证据。

霍夫曼曾经在非洲南部的纳米比亚研究碳酸盐岩石——溶解的二氧化碳同岩石中的矿物质反应后会形成碳酸盐，溶于水中的碳酸盐将进入海洋并在海底沉积下来，因此碳酸盐是较温暖的热带地区海水留下的痕迹。霍夫曼发现，大约6亿年前，在温暖水域地区形成的岩石之间存在着明显的冰川沉积物。

霍夫曼是在对碳酸盐中的碳的来源进行追踪探查时发现这种奇怪现象的。天然的碳以二种同位素出现，一种是碳12，一种是较为罕见的、较重的碳13。植物在吸收维持生命所需的碳的时候，对碳12有着明显的偏好。因此，在有生命的海水中的碳13的含量明显要高于没有生命存在的环境。简言之，根据碳同位素的浓度可以分析得知当时地球生命活动的活跃程度。

霍夫曼对纳米比亚的岩石中的碳同位素浓度进行的分析显示，在冰川期沉积层之上有一层很厚的碳酸盐岩帽沉积层，这正是大气中含有大量二氧化碳并温暖地球的标记。

霍夫曼还确认了碳酸盐岩帽的存在与温室效应融化“雪球地球”在理论上相吻合——当水循环重新开始时，雨水开始溶解和洗涤大气中的酸性二氧化碳，并对地面的岩石产生风化作用。冰雪融化时将岩石风化分离出来的碳和矿物质一起带入海洋，在温暖的海水里沉淀下来，形成碳酸盐岩帽。

在一系列起逆转性作用事件的影响下，地球温度猛然飙升到了40℃～50℃！地球表面的冰雪在不到1000年的时间里就融化殆尽。

地球生命如何复苏？

目前，“雪球地球”理论正在推动着对地球生命起源的研究，促使科学家产生了许多新的构想。

反对者不相信“雪球地球”真的存在过，他们提出，如果地球过去真的那么冷，那将导致地球生命灭绝，但事实上冰河期的前期或后期都有化石证据可以证明，生命确实存在过。

当然，“雪球地球”并不是一个容易下结论的理论，因为我们很难确切地了解当时的地球究竟发生了什么，地质活动使我们失去了许多证据。

一直致力于研究6500万年前鸟类起源的澳大利亚古生物学家帕特丽夏·维克斯·里奇认为，新元古代冰川期后期复杂多细胞生物的出现可能与三个因素有关，或者说是这三个因素的综合作用。一是大规模的大陆山脉的侵蚀活动使大量的泥土沙石进入海洋，导致海水中营养物质大量增加；二是大量的有机物质被埋在海底，使得大气中的氧气逐步积累起来，这是复杂生命产生的必要条件；最令她感兴趣的是最后一个因素：冰川融化带来的海水淡化。在冰川频繁活动时期，大量淡水被冻结成冰，而海洋冰帽下的大量液态水因含盐量太高而不适宜海洋生命生存，对多细胞生物就更不用说了，因此一些海洋生物不得不退居到含盐度低的地方去“避难”，等到冰雪融化的伟大时刻到来时，它们纷纷奔赴海洋去开辟它们的栖息地并在那里大量繁衍。

不管你是否赞同“雪球地球”的观点，新元古代冰河期后期的温室效应的巨大力量是一个很好的前车之鉴，它能够让我们进一步认识和警惕现代气候变化对整个地球产生巨大影响的风险性。这种影响力是真实的、快速的，事实上它已经对地球生命演化产生了显著的影响。

“雪球地球”现象会再次发生吗？科学家认为，不排除在遥远的未来“雪球地球”再次出现的可能性，但那将是几千万年甚至几亿年之后的事情了。