全球冰冻真的会发生吗？

袁训来

不知道寒假大家有没有去欣赏《流浪地球》呢？电影中，当地球接近木星轨道，离开宜居带时，从一颗蔚蓝色的水球变成了雪白色的冰球。不过，像这样的全球冰冻并非只是科幻故事。有足够的证据表明，现实世界的确发生过如此令人难以想象的宏大事件——而且至少发生了三次。这就是著名的“雪球地球”假说。远古地球是如何被冻住与解冻的？未来地球还可能再次被冰层覆盖吗？

众所周知，春夏秋冬的季节更替，是由于地球绕太阳公转与黄赤交角造成的。某一时段、某一地区接收太阳能的多和少，直接导致了暖和冷的变化。冬去春来，冰雪消融，万物复苏，这一千古不变的自然规律，一直镌刻在人类文明的记忆中。但是，在远古时代，地球曾出现过“冬天一直不去，春天一直不来”的特殊情景。你能想象出“赤道附近的海洋都为冰层覆盖，整个地球都跟今天南极一样”的情形吗？这一特殊现象的确在地球上发生过！地质学家称之为“雪球地球”事件，也就是说地球出现了长时间的冰冻状态。

这样的极端寒冷事件是有根有据的，它是地质学家根据保存在地球上的岩石记录，利用科学方法开展细致研究得出的结论。全球冰凍现象，在地球历史中至少出现过3次。迄今为止，研究最为详细的是距今6.35亿年前的新元古代“雪球地球”事件，国际上称为“马林诺大冰期”，中国称为“南沱大冰期”。在现今的主要陆块上，包括中国南方都保存了那一时期极端寒冷事件最重要的地质学证据：低纬度地区的海洋冰川沉积。我国科学家还根据相关地层中的火山灰，测算出锆石的铀-铅年龄，限定了该次大冰期持续的时间为距今6.55亿年～6.35亿年。同时，中国在这次冰期前后还保存了丰富的化石记录，例如冰期之后很快就出现了以多细胞真核生物为主体的“蓝田生物群”“瓮安生物群”，为人们认识“雪球地球”事件结束之后生物的演化提供了独一无二的珍贵化石资料。

“雪球地球”事件是地质史上最严酷、最极端的地质事件和古气候事件，它的发生、发展和结束改变了地球海洋和大气的物理化学条件，给地球生物圈及其赖以生存的环境都带来了深刻的影响。归纳起来，大致有三个方面：第一，全球性的寒冷气候使冰期前后的生态系统产生了较大的变化。冰期之前温暖浅海环境中广泛发育着由蓝藻和细菌形成的叠层石微生物席，它们在生物圈中占主导地位并持续了近30亿年之久，而在冰期之后的正常海域中分布非常有限，这同时也产生了很多空的生态位。

第二，冰期中的大陆上主要以物理风化为主，积累了大量陆源碎屑物质。冰期之后，温暖湿润的气候使化学风化作用大大加强，从而让大量陆源碎屑物质和淡水注入海洋，使得当时的浅海可能在较短的时间内形成温暖、富营养的环境，这种环境有利于浮游低等藻类的繁盛。快速的风化作用和沉积作用把藻类的遗体带入沉积物中，并以黑色页岩的形式进入岩石圈。而浮游低等藻类产生的氧气必定呈游离态大量进入大气圈，使大气和浅海中的氧含量可能在冰期结束后一个相对较短的时间内有了明显的升高。

第三，大冰期也给予了生物本身巨大的选择压力，一些生物在极端寒冷事件中灭绝。冰川作用也带来了广泛的地理隔离，很可能加速了部分海洋生物，特别是真核生物的成种速度。

“雪球地球”事件虽然对地球原有的生物圈及其生态系统造成了巨大的破坏作用，但其后的环境却为真核生物的大发展带来了契机。冰期之后温暖的浅海、空出的多样化的生态位、富含无机盐的海水、含氧量的升高以及生物遗传物质的快速变异，都是真核生物快速多样发展的重要条件。

需要特别指出的是，“雪球地球”事件与地球上曾经发生过的“五次生物大绝灭”事件非常类似。那就是：全球性的极端环境变化使事件前后的生物面貌发生了明显的更替。“旧的不去，新的不来”，可以想象，如果没有“雪球地球”事件，也许我们的地球还处于原核生物时代。就好比要是恐龙没有灭绝的话，也许哺乳动物，包括我们人类也不可能有今天的繁荣发展。

因此，从客观上来看，这一极端的寒冷事件促使了地球早期简单生命向复杂生命的快速演化，它是地球生命进化史中不可或缺的重要环节。

（选自2019年第2期《科学世界》，本刊有改动）