环境

7亿年前冰封的赤道

"雪球地球"是指在距今约7.5亿到5.8亿年前,地球表面从两极到赤道全部结成冰,只有海底残留了少量液态水。虽然大量证据表明,大冰期在当时的确存在过,但对于地球是否完全被冰封依然存在很多争论。最近,美国哈佛大学地质学家弗朗西斯·麦克唐纳 (Francis Macdonald)领导的研究小组,通过对夹在冰川沉积物之间的加拿大火山岩进行研究,利用极为精确的铀—铅年代质谱测年法认定火山岩和冰川沉积物是在大约7.16亿年前沉积形成的。此外,以前的研究结果表明,当时形成这些火山岩时加拿大正处于赤道附近。因此,可以毫无疑问地说,地球赤道曾一度被冰雪所覆盖。但围绕"雪球地球"还有许多谜团尚未解开,例如,仅凭借一个冰封的赤道,尚无法确定当时地球上冰雪覆盖的程度。事实上,连"雪球地球"这一名称可能也需要重新考虑,地球可能不是一个雪球,而更有可能是一个泥球。这是因为向外喷射灰烬的火山经常爆发,可能使得地球表面"布满灰尘"。此外,当时植物尚未产生,脏兮兮的冰可能是地球表面吸收阳光的唯一"黑点"。这些区域更容易融化,从而产生适宜早期生命,如藻类和菌类茁壮成长的水体。在"雪球地球"时期,生命并未完全停止活动,部分生命形式存活下来,甚至不断形成新的类型。认识地球历史中的极端状况,可以促进科学家认识现代气候的变化。(Science2010,327:1241-1243)

地球早期大温室存在吗

40亿年前,太阳比现在要昏暗30%,因此它无法为地球提供足够的热量,从而无法防止海洋变成永久的大冰原。但地质学证据表明,液态水在40亿年前海洋形成时便存在。为了解释这一难题,研究者提出当时二氧化碳气体的浓度非常之高——大约是现今水平的100倍,因此大气可以保持足够的热量,从而避免整个地球变成一个大冰球。最近,丹麦哥本哈根大学的地球科学家Minik Rosing率领的一个研究小组,对位于格陵兰岛西南部具有38亿年历史的磁铁矿和菱铁矿两种铁矿石进行了分析。此前科学家已经知道,如果二氧化碳太多,则磁铁矿无法形成,反之,二氧化碳太少,则菱铁矿无法形成。因此,根据这两种铁矿石的比例,研究者推断,太古代时期的二氧化碳水平不会高于1000 ppm,也就是说不会高于现今二氧化碳浓度387ppm的3倍,不足以弥补昏暗的太阳所缺失的热量。那么到底是什么替代了二氧化碳为地球保温呢。研究者给出了两种可能的解释,第一,地球的大陆块在几十亿年前要小得多,这意味着海洋能够吸收更多的太阳热量;第二,由于地球上的生命都是刚刚形成的,有机体只会产生很少的气体以帮助云团的形成,因此更多的阳光能够直接到达地球表面。但有研究者提出现在就放弃温室气体的假设为时尚早,当时肯定还存在一些其他的温室气体。(Nature 2010,464:744-747)