袁訓(xùn)來

不知道寒假大家有沒有去欣賞《流浪地球》呢？電影中，當(dāng)?shù)厍蚪咏拘擒壍?，離開宜居帶時(shí)，從一顆蔚藍(lán)色的水球變成了雪白色的冰球。不過，像這樣的全球冰凍并非只是科幻故事。有足夠的證據(jù)表明，現(xiàn)實(shí)世界的確發(fā)生過如此令人難以想象的宏大事件——而且至少發(fā)生了三次。這就是著名的“雪球地球”假說。遠(yuǎn)古地球是如何被凍住與解凍的？未來地球還可能再次被冰層覆蓋嗎？

眾所周知，春夏秋冬的季節(jié)更替，是由于地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)與黃赤交角造成的。某一時(shí)段、某一地區(qū)接收太陽(yáng)能的多和少，直接導(dǎo)致了暖和冷的變化。冬去春來，冰雪消融，萬物復(fù)蘇，這一千古不變的自然規(guī)律，一直鐫刻在人類文明的記憶中。但是，在遠(yuǎn)古時(shí)代，地球曾出現(xiàn)過“冬天一直不去，春天一直不來”的特殊情景。你能想象出“赤道附近的海洋都為冰層覆蓋，整個(gè)地球都跟今天南極一樣”的情形嗎？這一特殊現(xiàn)象的確在地球上發(fā)生過！地質(zhì)學(xué)家稱之為“雪球地球”事件，也就是說地球出現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間的冰凍狀態(tài)。

這樣的極端寒冷事件是有根有據(jù)的，它是地質(zhì)學(xué)家根據(jù)保存在地球上的巖石記錄，利用科學(xué)方法開展細(xì)致研究得出的結(jié)論。全球冰凍現(xiàn)象，在地球歷史中至少出現(xiàn)過3次。迄今為止，研究最為詳細(xì)的是距今6.35億年前的新元古代“雪球地球”事件，國(guó)際上稱為“馬林諾大冰期”，中國(guó)稱為“南沱大冰期”。在現(xiàn)今的主要陸塊上，包括中國(guó)南方都保存了那一時(shí)期極端寒冷事件最重要的地質(zhì)學(xué)證據(jù)：低緯度地區(qū)的海洋冰川沉積。我國(guó)科學(xué)家還根據(jù)相關(guān)地層中的火山灰，測(cè)算出鋯石的鈾-鉛年齡，限定了該次大冰期持續(xù)的時(shí)間為距今6.55億年～6.35億年。同時(shí)，中國(guó)在這次冰期前后還保存了豐富的化石記錄，例如冰期之后很快就出現(xiàn)了以多細(xì)胞真核生物為主體的“藍(lán)田生物群”“甕安生物群”，為人們認(rèn)識(shí)“雪球地球”事件結(jié)束之后生物的演化提供了獨(dú)一無二的珍貴化石資料。

“雪球地球”事件是地質(zhì)史上最嚴(yán)酷、最極端的地質(zhì)事件和古氣候事件，它的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)束改變了地球海洋和大氣的物理化學(xué)條件，給地球生物圈及其賴以生存的環(huán)境都帶來了深刻的影響。歸納起來，大致有三個(gè)方面：第一，全球性的寒冷氣候使冰期前后的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的變化。冰期之前溫暖淺海環(huán)境中廣泛發(fā)育著由藍(lán)藻和細(xì)菌形成的疊層石微生物席，它們?cè)谏锶χ姓贾鲗?dǎo)地位并持續(xù)了近30億年之久，而在冰期之后的正常海域中分布非常有限，這同時(shí)也產(chǎn)生了很多空的生態(tài)位。

第二，冰期中的大陸上主要以物理風(fēng)化為主，積累了大量陸源碎屑物質(zhì)。冰期之后，溫暖濕潤(rùn)的氣候使化學(xué)風(fēng)化作用大大加強(qiáng)，從而讓大量陸源碎屑物質(zhì)和淡水注入海洋，使得當(dāng)時(shí)的淺?？赡茉谳^短的時(shí)間內(nèi)形成溫暖、富營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境，這種環(huán)境有利于浮游低等藻類的繁盛。快速的風(fēng)化作用和沉積作用把藻類的遺體帶入沉積物中，并以黑色頁(yè)巖的形式進(jìn)入巖石圈。而浮游低等藻類產(chǎn)生的氧氣必定呈游離態(tài)大量進(jìn)入大氣圈，使大氣和淺海中的氧含量可能在冰期結(jié)束后一個(gè)相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)有了明顯的升高。

第三，大冰期也給予了生物本身巨大的選擇壓力，一些生物在極端寒冷事件中滅絕。冰川作用也帶來了廣泛的地理隔離，很可能加速了部分海洋生物，特別是真核生物的成種速度。

“雪球地球”事件雖然對(duì)地球原有的生物圈及其生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大的破壞作用，但其后的環(huán)境卻為真核生物的大發(fā)展帶來了契機(jī)。冰期之后溫暖的淺海、空出的多樣化的生態(tài)位、富含無機(jī)鹽的海水、含氧量的升高以及生物遺傳物質(zhì)的快速變異，都是真核生物快速多樣發(fā)展的重要條件。

需要特別指出的是，“雪球地球”事件與地球上曾經(jīng)發(fā)生過的“五次生物大絕滅”事件非常類似。那就是：全球性的極端環(huán)境變化使事件前后的生物面貌發(fā)生了明顯的更替?！芭f的不去，新的不來”，可以想象，如果沒有“雪球地球”事件，也許我們的地球還處于原核生物時(shí)代。就好比要是恐龍沒有滅絕的話，也許哺乳動(dòng)物，包括我們?nèi)祟愐膊豢赡苡薪裉斓姆睒s發(fā)展。

因此，從客觀上來看，這一極端的寒冷事件促使了地球早期簡(jiǎn)單生命向復(fù)雜生命的快速演化，它是地球生命進(jìn)化史中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

（選自2019年第2期《科學(xué)世界》，本刊有改動(dòng)）