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雪国——地球的冰期事件

地学院 csuxiang 4327次浏览 0个评论

地球的冰期事件

《雪国列车》中,由于人类发射CW7冷却剂的失败,更确切的讲是成功,导致整个地球都被冰雪覆盖,全球陷入冰期。电影《后天》也讲了一个地球一天之内突然急剧降温进入冰期的科幻故事。也许有人会问,地球真的会变成“雪国”吗?答案是肯定的。这不是危言耸听,因为地球曾经就有几次变成“雪国”。
还记得动画电影《冰河世纪》里面的猛犸象吗?猛犸象是已经灭绝的动物,我们现在只能看到猛犸象的化石,但人类可是和猛犸象共同生活过的。猛犸象生活在第四纪大冰期(大冰期是指地球上气候寒冷,中、低纬度地区有时也有强烈冰川作用的地质时期。大冰期中气候较寒冷的时期称为冰期,较温暖的时期称间冰期),也灭绝在第四纪大冰期。现在南北两极的冰盖,就是第四纪冰期形成的。
第四纪大冰期约从200万年前开始。其结束时间还存在争议,有人认为我们目前还生活在第四纪大冰期中,有人认为第四纪大冰期已结束。在寒冷的第四纪冰期时,南极大陆与格陵兰岛形成了永久性的冰盖,欧洲、北美与西伯利亚西北部存在大型大陆冰盖。在距今1.8万年前的第四纪冰川最盛时期,年平均气温大约比现在低15℃。那时,可真的是“千里冰封,万里雪飘”了,望天地之间,惟余莽莽。第四纪大冰期有几次冰期。冰期之间的间冰期时,气候转暖,冰川融化,甚至整个极地冰盖都会融化,海平面上升,大地又恢复了生机。
第四纪大冰期不是地球历史上唯一的一次大冰期。地球形成以来,全球至少出现过5次大冰期,分别出现在距今24亿年前到21亿年前、8.5亿年前到6.3亿年前、4.6亿年前到4.3亿年前、3.6亿年前到2.6亿年前以及第四纪大冰期。
地球真真正正的变成“雪国”,是8.5亿年前到6.3亿年前的那次大冰期。那个时候,从北极到赤道再到南极,到处都是冰盖,连海洋都被冻住了(注意哟,那个时候可不是现在的七大洲、四大洋!当时的生物还是单细胞的)。整个地球就像一个大雪球一样!估计那时的景色,应该和《雪国列车》、《后天》等电影中描绘的差不太多,冰雪的厚度比电影中更厚。

冰期存在的证据——冰川遗迹

写到这里,也许有人有疑问了。几亿年之前的事情,即便有冰川,也早已融化不见了,科学家是怎么知道的,不会是大忽悠吧?其实,研究几亿年前的事情,就像办一场大型刑事案件,地质学家就像大侦探福尔摩斯。地质学家找到了冰川存在的证据——冰川遗迹。
冰期时,降雪量很大,积雪成冰。雪越下越多,冰体的重量也越来越大。当高山无法承受时,冰体便在重力作用下从高山上滑下来,形成冰川。冰川运动时,会把和冰体冻在一起的岩石一起带走,就像拔毛一样,把山体表面的岩石都“拔”走了。这些岩石会和山体摩擦,形成划痕。这个划痕就是冰川的“指纹”。当冰川融化后,水可以流走,但被其冻住的岩石会留在原地,形成冰碛物。冰碛物就是冰川的“化石”。有了冰川的“指纹”、“化石”,就能确定冰川的存在了。

地球为什么会进入冰期?

这不由让人联想到地球上的四季变化。众所周知,地球的四季变化是由地球绕太阳运转引起。地球的冰期成因是不是也类似呢?
塞尔维亚有一位天才的地球物理学家、天文学家米卢廷•米兰科维奇(Milutin Milankovich)。他从小就表现出出众的数学天赋,他大学学习的是土木工程,他在贝尔格莱德大学担任应用数学、古典力学、天体力学、理论物理学的教师。米卢廷•米兰科维奇因为有扎实的数学、天文学功底,便从全球尺度上研究了日射量与地球气候之间的关系。地球绕太阳运转的轨道受到木星、土星的影响,形状从接近圆形到轻度的椭圆,变化周期约为10万年。地球的转轴是倾斜的,倾角最小为22.1°,最大为24.5°,一个变化周期为4.1万年。地球岁差周期约为1.9万年~2.3万年。过去70万年的冰期、间冰期变化周期恰好与上述几个周期相符合。这难道仅仅是巧合吗?于是,米卢廷•米兰科维奇提出了米兰科维奇循环(Milankovich cycles),认为地球冰期开始、结束的原因与地球轨道的变化有关。
也有人认为冰期是由板块运动造成的。我们都知道,北风呼呼的吹,雪花飘飘洒洒;而南风一来,则是春风吹又生。高山影响了季风,进而影响了气候。比如板块运动造成的青藏高原,是一个巨大的挡风墙,它挡住了北方大陆的寒流南下,也挡住了南亚温暖潮湿空气的北进,使得青藏高原以北地区气温降低。北美洲的科罗拉多高原和青藏高原具有类似的作用。同时,板块运动还会导致大量的火山爆发。火山喷出的火山灰进入大气层会遮挡阳光,降低地球温度。
上述两种理论都是围绕地球本身来解释冰期形成的原因。有科学家不满足于此,从银河系的角度来看待地球冰期的问题。他们发现,太阳系在银河系旋转,当地球的磁场与银河旋臂磁场极性相同时,正是地球的大冰期。因此,他们认为地球进入冰期与太阳系在银河系中的位置有关。
关于地球冰期的成因,除了上述三种理论外,还有其它的很多理论。目前,有越来越多的科学家认同米兰科维奇循环理论,因为该理论有越来越多的证据支持。

冰期怎样结束?

根据米兰科维奇循环理论,冰期到了该结束的时候自然就结束了,就像四季轮回,没人能够阻挡。但是,不要忘了目前盛行的温室效应导致的全球变暖。全球变暖显然可以加速冰川融化,使冰期早早结束。
6.3亿年前地球变成“雪国”,冰雪阻断了海水与大气的接触,二氧化碳很少被溶解。同时,由于当时强烈的火山爆发,喷发出了大量的二氧化碳气体,使得大气中二氧化碳浓度越来越高,温室效应越来越明显。最终地球这个大雪球仅仅用了数百年的时间就融化了,当时的气温可能飙升到40℃以上,甚至可能达到50℃。

地球进入冰期,生物避难所

《雪国列车》中,地球进入冰期,人类大灭绝,只有一列列车避难。影片末尾,北极熊的突然出现,虽然被众多人吐槽,但还是说明可以有生物活下来的。现实中,地球进入冰期,生物是怎么熬过来的呢?
最近一次冰期发生在大约65000年前~10000年前,对现代生物的影响最大。那时候,亚洲北部、欧洲、北美洲的大部分地区都被冰原覆盖。这种变化,乐坏了本来就喜欢低温的生物,它们的领地得到前所未有的扩充。但是,它们没有高兴太长时间,因为温度可能太低了,超过了它们的承受范围。对于生活在温带、热带地区的生物而言,这是毁灭性的打击。它们的生活圈逐渐向赤道方向压缩,活动范围越来越小。幸运的是,由于海平面下降,连接西伯利亚东北部和北美西部的白令海峡露出海面,成为环太平洋动植物交流的通道。当时,地球上存在若干个“生物避难所”,比如北美洲的阿巴拉挈亚山脉南部、白令地区以及欧洲南部的伊比利亚半岛、意大利半岛、巴尔干半岛、高加索地区等,均是当时动植物的重要避难地点。我国的滇西高山峡谷地区、南岭地区等可能是金丝猴、羚牛、水杉等动植物的避难所。
虽然有避难所,还是不可避免的有大量动物灭绝。冰河时期,欧洲、亚洲、澳洲、北美洲、南美洲、非洲等地均有许多动物灭绝,比如猛犸象、锯齿虎、西伯利亚野牛、塞浦路斯侏儒河马、巨型睡鼠等纷纷灭绝。有人认为冰河时期大灭绝事件可能不是气候原因导致,而是人类的猎杀所致。关于这次灭绝事件的具体原因还存在争议,气候因素无疑是导致这次生物灭绝的原因之一。
第四纪冰期地球上还有一些地区没有被冰原覆盖,部分动植物得以避难。可是6.3亿年前的“雪国”时期,地球整个变成了大雪球,生物是怎么避难的呢?原来,那时候地球上的生物还是单细胞生物。当地球被冰雪覆盖,那些生物的生命活动几乎停止。它们的生命力极强,当冰雪融化,它们又活过来了。而且这次冰期过后,它们还迅速进化,造成寒武纪生命大爆发,出现了大量的较高等生物。
从地球形成到变成“雪国”的30多亿年间,地球一直都是单细胞生物的天下。但是,经过这次“雪国”事件,生物进化速度突然加快,在仅仅几百万年时间内,节肢动物、腕足动物、环节动物等等一系列动物在地球上集体出现,地球上呈现出一片繁荣景象。这让我们有理由认为,“雪国”事件极大的消除了阻碍生物演化的不利条件,造就了加速生物演化的环境。从这种角度来看,冰期是地球自我净化新陈代谢的手段之一。


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