地球史上的漫漫冰期

朱广思

《庆余年》是2019年的现象级热剧，这部剧看似是古装穿越剧，但却有着科幻内核。剧中“当下”的庆国（剧中主要故事发生的地点）处于人类世界被冰河期毁灭之后的新生阶段，女性角色叶轻眉是从冰封中醒来的，男主角范闲是被注入记忆的产物，所以拥有关于21世纪的记忆。那么，作为剧中重要设定的冰河期到底是什么样的？冰河期是怎么形成的呢？

地球上第一个大冰期

冰河期，又叫冰期、冰川期，是地球表面覆盖大规模冰川的地质时期。地球历史上曾经出现过4次超大冰期：休伦冰期、瓦兰吉尔冰期、安第萨哈拉冰期、卡鲁冰期。大冰期的时间尺度至少数百万年，此外还有数不胜数的小冰期。其中最持久的一次，也是最早的一次，就是休伦冰期。

冰川期的地球

休伦冰期，又叫第一次“雪球地球”事件，出现于24亿年前到21亿年前，没错，地球被冰冻了2亿～3亿年，差点就把刚刚出现的原始生物彻底灭绝。我们都知道，同等材质的物体颜色越深，越容易吸收热量，而白色吸热量最少。由于地球被冻成了一个白色雪球，地球反射阳光的量越来越大，使得整个地球系统获得的太阳能愈来愈少。此外，当时地球的大气层几乎没有二氧化碳之类的温室气体，所以地球的这次冰期持续了很久。但你可能没想到，最后“破冰”的不是太阳，而是地球自己的“内力”—由于冰川的挤压，地球内部的岩浆按捺不住，喷涌而出，大量二氧化碳被送入大气层，地球开始变暖，逐渐走出冰期。

蓝藻

猛犸复原图

冰期的成因是什么

造成第一次大冰期的“罪魁祸首”是一种今天仍然存在的细菌—蓝藻。蓝藻是一种结构简单的单细胞生物，是目前我们知道的最早能进行光合作用的生物体。虽然被大家称为“藻”，但它并不属于植物中的藻类，它和其他细菌一样属于原核生物，因此还是叫蓝细菌比较合适。

距今38亿年前，最早的生命出现在海洋之中，由于当时大气中氧气含量极低，所以那时候还没有需要吸收氧气的生物，早期生物都是一些厌氧细菌。它们靠摄取一些有机物分子为生，甚至可以靠硫酸盐、铁盐等简单的化学物质就能活下来。但是万万没想到，34亿年前出现了蓝细菌，它还学会了光合作用这一“逆天技能”—吸收二氧化碳产生氧气。但是在蓝细菌出现早期，由于地球上还有很多可以氧化的还原性物质，比如海水中的亚铁离子，所以蓝细菌产生的氧消耗掉早期地球上的还原性物质共用了近10亿年。到距今24.5億年前，海洋里所有的亚铁离子都已经被氧化，游离的氧终于释放出来，并在海洋和大气中积累。

从24.5亿年前到18.5亿年前，大气中的氧气浓度从0.02%上升到了4%，这就是地质史上著名的大氧化事件。在这一时期，大量的厌氧生物被氧气杀死，从此那些厌氧的古细菌只能躲在缺氧的环境中苟活，如在热泉水、缺氧湖底、盐水湖、高酸碱度水体、海底火山口等极端环境中。

大氧化事件之后，休伦冰期降临地球。当时，大气中的主要温室气体是二氧化碳和甲烷，蓝细菌吸收了二氧化碳，释放的氧气又把甲烷氧化，于是温室气体越来越少，地球急剧降温，冻成了一个雪球。此时，地球进入休伦冰期，这是地质史上第一次持续最久也是杀死生物最多的冰期。对比之下，人类祖先和猛犸一起赶上的那场冰期真是小巫见大巫了。

进入休伦冰期以后，虽然太阳光度的周期变化也会影响地球的气候，但是由于实在太远，太阳的温度变化也不大，因此对地球影响很有限。其实，历史上的地球冰期都有相似的“套路”：首先，看似人畜无害的生物让地球的温室气体减少，然后进入冰期，生物被冻死之后，又进入下一个比较温暖的间冰期;温暖的时候，生物也大量繁殖，抢占水体中的氧气，导致大量其他生物死亡;死去的生物成为肥料供其生长，最终再度吸收大量二氧化碳，让地球再度变冷。所以，对于地球来说，含氧量不是越高越好，而是恰当就行。不过凡事都有两面，如果不是水中含氧量降低，便也不会逼迫一部分鱼类登陆，从而进化成今天的人类。

下一次大冰期何时到来

我们还会遇到大冰期吗？这个问题其实本身就有些问题，因为从更大的时间尺度上看人类现在就正处于一个大冰期之中—晚新生代大冰期，也是地球历史上距今最近的一次大冰期。大约在8000～10000年前，全球又普遍转暖，大量冰川和冰盖消失或收缩，地球进入冰后期。但是，各个大陆的冰川和冰盖并未完全消失。虽然很多证据都是我们现在可以直接看到的，但由于线索众多，对于这次大冰期，学术界至今没有一个明确的细节划分。有德国学者认为其中包含4次小冰期和3次间冰期。中国地质学家李四光也认为包含4个冰期，但是由于观测点都在中国，因此划分方法和外国研究者不同，包含鄱阳冰期、大姑山冰期、庐山冰期以及大理冰期。

美国密歇根州北部麦基纳克岛形成于冰期的拱形岩石

花岗岩基岩中的冰川沟槽，是冰期留下的遗产

但是，并不是所有的气候变冷都和冰期有关，例如20世纪70年代北半球的低温时段（南半球为高温时段），中国大部分地区处于低温少雨时段。究其原因，20世纪70年代是地球自转的慢段，是太阳黑子的相对低值时段，也是中国大陆地震多发的时段，这些特点均与小冰期相似，但是科学家已经证明，这段气候变化并不属于小冰期。

担心冰期会毁灭人类还为时尚早，目前人类的活动并不会让地球的温度出现剧烈而持续的变化。与其去猜测下一个未知的地球毁灭时间点，还不如脚踏实地设计更有效的应对举措。虽然冰期时不时会干扰到地球气候，但是按照目前人类的科技水平，在寒冷中生存下来，保持种族的延续，还是不成问题的。