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地球究竟有没有经过冰河期?

天极网 2002-08-30

  1998年,哈佛大学的地理学家Paul Hoffman和Daniel Schrag重申了这样一个基本观点:在5.8亿到7.5亿年前之间,至少有一次地球在千万年中完全地被冰盖所包围。这个关于“雪球”的假设可以解释一些令人困惑的地质学数据。但要说服其他气候学家也相信这一点却十分困难。而最近支撑这一假设的地质学根据又遭到了挑战,于是支持者与反对者间展开了一场论战。

  “全球冰河化”到底是不是真的?

  其实Hoffman和Schrag并不是这一假设的始作俑者,这一假设来源于20世纪60年代俄国圣彼得堡中心地球物理观测实验室的Mikhailbudyko提出的“全球冰河化”的假设。Budyko研究了当地球气候缓慢变冷时,极地冰盖范围增大的时候会有什么状况发生。冰反射来自太阳的辐射热量,因此冰盖范围的扩大就会导致进一步的气候变冷。Budyko由此论定,这种无法遏制的冰盖扩张最终就导致了地球完全地陷入冰的覆盖当中。

  Budyko的观点解释了一些令人困惑的证据,包括冰对岩石冲刷的标记(这些标记表明在 5.8亿到7.5亿年前之间冰川至少两次到达了赤道,一直到新元古代期的结束)。这是令人难以理解的,因为在最近的几个冰期冰盖最远只达到北欧而已。然而, Budyko的论断本身存在着漏洞,比如说,是什么最终导致冰的融化呢?

  “地球―雪球”论

  1992年,关于冰融化的问题,加州理工学院的地质学家Joseph Kirschvink提出了自己的解释。Kirschvink认识到:如果冰覆盖了大洋,那么降雨和侵蚀的正常循环(它在去除大气中二氧化碳的过程中起重要作用)就会停止。这样,从火山中释放出来的二氧化碳就会在大气中积聚,最终会产生足够的温室效应,使温度上升,冰盖融化。

  Kirschvink还指出,“雪球―地球”假设还可以解释另一个奇怪的地质沉积物――在靠近新元古代末期形成的富铁岩石。铁从海洋底部的地热出口进入大洋,当它同氧气接触的时候就会从海水中沉降出来。但是一旦海洋被冰封盖之后,水中的氧气含量就会下降,溶解在其中的铁也会随之积聚起来。而当冰融化之后,氧气的含量就会上升,这时导致大量的铁沉降到了海底。

  六年后,Hoffman、Schrag与他们在哈佛的同事一起发表了文章,再一次使这一假设成为争论的焦点。他们研究了含碳化合物从海水中沉降出来所形成的岩石中碳同位素的比率。具备光合作用的海洋微生物吸收碳的时候具有选择性,相比于较重的碳-13,它们更喜爱轻一些的碳-12,这样光合作用就导致了海水中碳-12的下降,自然,沉降出来的沉积物中同位素碳-12的比率就相对低一些了。

  但是,当Hoffman和Schrag研究新元古代末期冰川结束时的沉淀成分时,惊奇地发现了高水平的碳-12含量。这样的碳同位素比率测定结果表明在那个地质年代的海水里,几乎没有光合作用的发生。他们对此解释说,如果冰盖着海洋而使阳光难以穿透,那么结果就应该是这样的。

  这篇文章引发了人们激烈的争论。有些人提出批评说,如果大洋结冰,应伴随出现海平面下降,但没有此方面的地质学证据。 Hoffman对此予以了反驳,他认为“海平面下降”这一推断是根本站不住脚的。这样就形成一个局面:批评者们继续攻击“雪球―地球”论,而Hoffman和Schrag则在一个小的范围内来为这个观点辩护。近几年来,随着一些主要批评者们观点的上升和攻击力度的加强,双方的对抗性论战次数愈趋频繁。


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