雪球地球的研究历史

1964年,剑桥大学的B.W. Harland首先研究了世界各地的新元古代冰川沉积物(约8-5.5亿年前),他提出世界各大洲都有8-5.5亿年前的冰川沉积物。

同时,他通过简单的地磁分析指出,这些大陆并不是像现在这样被海洋分开,而是在赤道附近聚集成一个完整的巨大大陆。

当时慢慢接受了板块漂移理论。而且由于分析方法的缺乏和数据的有限,B.W. Harland的说法并没有得到明确而广泛的证实,也没有人能够解释冰期沉积物是如何到达赤道附近的。在随后的二三十年里,通过海洋生物学和地球化学领域科学家的进一步努力,取得了许多新的进展。

1987年,美国加州理工学院的J.L. Kirschvink在澳大利亚研究了一种新元古代的粉砂岩,确认了它属于当时赤道附近沉积的浅海环境,明确说明冰川已经到达赤道附近,这一研究结果在后来的研究中被反复试验,包括随着古地磁的发展得到了证实。

2000年,D.A.D. Evans等人研究了这一时期(8-5.5亿年前)各大陆的冰川沉积地层学、年代学和古地磁,指出许多冰期沉积的砾岩出现在南北纬65,438+00度以内,甚至不超过60度。

1992年,J.L. Kirschvink首次提出新元古代(8-5.5亿年前)曾发生过多次“雪球地球”事件。可以想象,赤道是冰冻的,那么整个地球不是冻得紧紧的,变成了“雪球”?8亿年前,地球上的大陆并没有分离,而是在赤道附近连在了一起。我们称之为罗迪尼亚超大陆。

罗迪尼亚超大陆因为一次著名的“超级地幔柱”火山活动而分裂,形成了几个小陆地,使陆地的海岸线增加了很多;海岸线的增加带来两个后果:一是岸边生物活动的增加,光合作用的增强导致大量CO2的吸收;另一个是大陆上硅酸盐岩石风化作用的同样增加,吸收了大量的CO2。这两种结果导致大气CO2迅速减少,“温室”变成“冰室”,形成巨大的积雪,进而引发失控的反照率事件,最终形成“雪球”。

经过计算,当时的冰盖厚度为1 km,当它被推到赤道附近时,地球温度下降到零下50℃左右,由于被冰雪掩埋,中国大陆硅酸盐岩石的光合作用和风化作用停止,但地球的火山活动仍在继续,释放出大量的CO2。经过654.38+00万年的积累,这些CO2终于强大到可以形成“温室效应”,从而快速融化“雪球地球”,融化时整个海洋温度可以达到50℃以上。加州理工学院的研究团队还证明了一种机制,通过这种机制,地球可以摆脱“雪球地球”。在成为“雪球地球”后的几千万年里,地球的二氧化碳积累到一定程度,闪闪发光的亮白色冰层可以反射太阳的光和热,所以雪球就像一个冻结了2亿年的雪球。

最终,火山排放的二氧化碳温室气体进入空气,从而地球气候逐渐变暖,厚厚的冰层慢慢融化。温室效应再次发生,地球温度逐渐升高,冰层融化,生命重返地球。研究团队中的科学家认为,如果地球环境继续恶化,地球可能会再次变成“雪球”,地球上的生物将面临再次被毁灭的危险。