地球史上的漫漫冰期

朱廣思

《慶余年》是2019年的現(xiàn)象級(jí)熱劇，這部劇看似是古裝穿越劇，但卻有著科幻內(nèi)核。劇中“當(dāng)下”的慶國(guó)（劇中主要故事發(fā)生的地點(diǎn)）處于人類世界被冰河期毀滅之后的新生階段，女性角色葉輕眉是從冰封中醒來(lái)的，男主角范閑是被注入記憶的產(chǎn)物，所以擁有關(guān)于21世紀(jì)的記憶。那么，作為劇中重要設(shè)定的冰河期到底是什么樣的？冰河期是怎么形成的呢？

地球上第一個(gè)大冰期

冰河期，又叫冰期、冰川期，是地球表面覆蓋大規(guī)模冰川的地質(zhì)時(shí)期。地球歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)4次超大冰期：休倫冰期、瓦蘭吉爾冰期、安第薩哈拉冰期、卡魯冰期。大冰期的時(shí)間尺度至少數(shù)百萬(wàn)年，此外還有數(shù)不勝數(shù)的小冰期。其中最持久的一次，也是最早的一次，就是休倫冰期。

冰川期的地球

休倫冰期，又叫第一次“雪球地球”事件，出現(xiàn)于24億年前到21億年前，沒(méi)錯(cuò)，地球被冰凍了2億～3億年，差點(diǎn)就把剛剛出現(xiàn)的原始生物徹底滅絕。我們都知道，同等材質(zhì)的物體顏色越深，越容易吸收熱量，而白色吸熱量最少。由于地球被凍成了一個(gè)白色雪球，地球反射陽(yáng)光的量越來(lái)越大，使得整個(gè)地球系統(tǒng)獲得的太陽(yáng)能愈來(lái)愈少。此外，當(dāng)時(shí)地球的大氣層幾乎沒(méi)有二氧化碳之類的溫室氣體，所以地球的這次冰期持續(xù)了很久。但你可能沒(méi)想到，最后“破冰”的不是太陽(yáng)，而是地球自己的“內(nèi)力”—由于冰川的擠壓，地球內(nèi)部的巖漿按捺不住，噴涌而出，大量二氧化碳被送入大氣層，地球開(kāi)始變暖，逐漸走出冰期。

藍(lán)藻

猛犸復(fù)原圖

冰期的成因是什么

造成第一次大冰期的“罪魁禍?zhǔn)住笔且环N今天仍然存在的細(xì)菌—藍(lán)藻。藍(lán)藻是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單細(xì)胞生物，是目前我們知道的最早能進(jìn)行光合作用的生物體。雖然被大家稱為“藻”，但它并不屬于植物中的藻類，它和其他細(xì)菌一樣屬于原核生物，因此還是叫藍(lán)細(xì)菌比較合適。

距今38億年前，最早的生命出現(xiàn)在海洋之中，由于當(dāng)時(shí)大氣中氧氣含量極低，所以那時(shí)候還沒(méi)有需要吸收氧氣的生物，早期生物都是一些厭氧細(xì)菌。它們靠攝取一些有機(jī)物分子為生，甚至可以靠硫酸鹽、鐵鹽等簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)就能活下來(lái)。但是萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，34億年前出現(xiàn)了藍(lán)細(xì)菌，它還學(xué)會(huì)了光合作用這一“逆天技能”—吸收二氧化碳產(chǎn)生氧氣。但是在藍(lán)細(xì)菌出現(xiàn)早期，由于地球上還有很多可以氧化的還原性物質(zhì)，比如海水中的亞鐵離子，所以藍(lán)細(xì)菌產(chǎn)生的氧消耗掉早期地球上的還原性物質(zhì)共用了近10億年。到距今24.5億年前，海洋里所有的亞鐵離子都已經(jīng)被氧化，游離的氧終于釋放出來(lái)，并在海洋和大氣中積累。

從24.5億年前到18.5億年前，大氣中的氧氣濃度從0.02%上升到了4%，這就是地質(zhì)史上著名的大氧化事件。在這一時(shí)期，大量的厭氧生物被氧氣殺死，從此那些厭氧的古細(xì)菌只能躲在缺氧的環(huán)境中茍活，如在熱泉水、缺氧湖底、鹽水湖、高酸堿度水體、海底火山口等極端環(huán)境中。

大氧化事件之后，休倫冰期降臨地球。當(dāng)時(shí)，大氣中的主要溫室氣體是二氧化碳和甲烷，藍(lán)細(xì)菌吸收了二氧化碳，釋放的氧氣又把甲烷氧化，于是溫室氣體越來(lái)越少，地球急劇降溫，凍成了一個(gè)雪球。此時(shí)，地球進(jìn)入休倫冰期，這是地質(zhì)史上第一次持續(xù)最久也是殺死生物最多的冰期。對(duì)比之下，人類祖先和猛犸一起趕上的那場(chǎng)冰期真是小巫見(jiàn)大巫了。

進(jìn)入休倫冰期以后，雖然太陽(yáng)光度的周期變化也會(huì)影響地球的氣候，但是由于實(shí)在太遠(yuǎn)，太陽(yáng)的溫度變化也不大，因此對(duì)地球影響很有限。其實(shí)，歷史上的地球冰期都有相似的“套路”：首先，看似人畜無(wú)害的生物讓地球的溫室氣體減少，然后進(jìn)入冰期，生物被凍死之后，又進(jìn)入下一個(gè)比較溫暖的間冰期;溫暖的時(shí)候，生物也大量繁殖，搶占水體中的氧氣，導(dǎo)致大量其他生物死亡;死去的生物成為肥料供其生長(zhǎng)，最終再度吸收大量二氧化碳，讓地球再度變冷。所以，對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，含氧量不是越高越好，而是恰當(dāng)就行。不過(guò)凡事都有兩面，如果不是水中含氧量降低，便也不會(huì)逼迫一部分魚(yú)類登陸，從而進(jìn)化成今天的人類。

下一次大冰期何時(shí)到來(lái)

我們還會(huì)遇到大冰期嗎？這個(gè)問(wèn)題其實(shí)本身就有些問(wèn)題，因?yàn)閺母蟮臅r(shí)間尺度上看人類現(xiàn)在就正處于一個(gè)大冰期之中—晚新生代大冰期，也是地球歷史上距今最近的一次大冰期。大約在8000～10000年前，全球又普遍轉(zhuǎn)暖，大量冰川和冰蓋消失或收縮，地球進(jìn)入冰后期。但是，各個(gè)大陸的冰川和冰蓋并未完全消失。雖然很多證據(jù)都是我們現(xiàn)在可以直接看到的，但由于線索眾多，對(duì)于這次大冰期，學(xué)術(shù)界至今沒(méi)有一個(gè)明確的細(xì)節(jié)劃分。有德國(guó)學(xué)者認(rèn)為其中包含4次小冰期和3次間冰期。中國(guó)地質(zhì)學(xué)家李四光也認(rèn)為包含4個(gè)冰期，但是由于觀測(cè)點(diǎn)都在中國(guó)，因此劃分方法和外國(guó)研究者不同，包含鄱陽(yáng)冰期、大姑山冰期、廬山冰期以及大理冰期。

美國(guó)密歇根州北部麥基納克島形成于冰期的拱形巖石

花崗巖基巖中的冰川溝槽，是冰期留下的遺產(chǎn)

但是，并不是所有的氣候變冷都和冰期有關(guān)，例如20世紀(jì)70年代北半球的低溫時(shí)段（南半球?yàn)楦邷貢r(shí)段），中國(guó)大部分地區(qū)處于低溫少雨時(shí)段。究其原因，20世紀(jì)70年代是地球自轉(zhuǎn)的慢段，是太陽(yáng)黑子的相對(duì)低值時(shí)段，也是中國(guó)大陸地震多發(fā)的時(shí)段，這些特點(diǎn)均與小冰期相似，但是科學(xué)家已經(jīng)證明，這段氣候變化并不屬于小冰期。

擔(dān)心冰期會(huì)毀滅人類還為時(shí)尚早，目前人類的活動(dòng)并不會(huì)讓地球的溫度出現(xiàn)劇烈而持續(xù)的變化。與其去猜測(cè)下一個(gè)未知的地球毀滅時(shí)間點(diǎn)，還不如腳踏實(shí)地設(shè)計(jì)更有效的應(yīng)對(duì)舉措。雖然冰期時(shí)不時(shí)會(huì)干擾到地球氣候，但是按照目前人類的科技水平，在寒冷中生存下來(lái)，保持種族的延續(xù)，還是不成問(wèn)題的。