雪球地球

【資料圖】

今天的地球有著45億歲的高齡，值得一提的是，我們的地球在三個(gè)階段經(jīng)歷了翻天覆地的變化，地球從最初的熔巖星球到海洋星球然后到陸地的出現(xiàn)，三個(gè)階段的過程，對(duì)生命的起源和演化，提供了重要的基礎(chǔ)，但是我們卻遺忘了一點(diǎn)，那就是雪球地球的時(shí)期。

寒武紀(jì)生命大爆發(fā)

最早的生命出現(xiàn)的時(shí)間大約是在，地球形成后的10億年后，也就是35——40億年前，那時(shí)候的地球，是一個(gè)充滿了海洋的星球，最早的單細(xì)胞生物、藻類的出現(xiàn)，為后續(xù)的生命多樣化提供了基礎(chǔ)。

一直以來(lái)一個(gè)困擾科學(xué)家們的話題：眾所周知，地球在5億年前后，經(jīng)歷了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)，但是科學(xué)家們研究了寒武紀(jì)之前的前寒武紀(jì)，卻沒有發(fā)生任何變化。

簡(jiǎn)單的說就是：地球在6億年前，海洋里大多數(shù)存在的是單細(xì)胞生物，細(xì)菌、藻類之類的，但是在6億年后，地球開始出現(xiàn)了多樣性的生物，這種進(jìn)化一直以來(lái)，對(duì)于科學(xué)家們來(lái)說都是一個(gè)謎。

找到答案

不過中國(guó)科學(xué)家們，在對(duì)前寒武紀(jì)時(shí)期的氣候研究，發(fā)現(xiàn)了答案。那就是雪球地球?qū)τ诙鄻有陨倪M(jìn)化，提供了基礎(chǔ)和條件。4月4日，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授童金南團(tuán)隊(duì)研究成果。

《馬里諾雪球地球晚期中緯度存在海洋真核藻類的宜居環(huán)境》在《自然》雜志在線發(fā)表，并被《自然》編輯部選為亮點(diǎn)論文進(jìn)行報(bào)道。該研究進(jìn)展為認(rèn)識(shí)和理解雪球地球時(shí)期生物如何生存和演化這一關(guān)鍵科學(xué)問題提供了新的認(rèn)識(shí)。

什么是雪球地球？

什么是雪球地球呢？雪球地球是指地球表面從兩極到赤道全部被冰雪覆蓋，變成一個(gè)大雪球的現(xiàn)象。據(jù)研究，地球歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過三次雪球地球事件，一次是在約23億年前，另外兩次是在約7億-6億年前。關(guān)于雪球地球的形成原因，有不同的假說，其中最有影響力的是冰室效應(yīng)說和陽(yáng)光阻隔說。

冰室效應(yīng)說認(rèn)為，由于一種叫藍(lán)菌或藍(lán)綠藻的細(xì)菌釋放出大量氧氣，破壞了溫室氣體甲烷，導(dǎo)致地球溫度下降，反照率增加，形成一個(gè)正反饋循環(huán)。陽(yáng)光阻隔說認(rèn)為，由于火山噴發(fā)向大氣層釋放了大量硫顆粒，阻滯陽(yáng)光照射大地，從而使地球溫度下降。

則認(rèn)為在雪球地球時(shí)期，火山噴發(fā)向大氣層釋放了大量硫顆粒，阻滯陽(yáng)光照射大地，從而使地球溫度下降。這種理論認(rèn)為，火山活動(dòng)是導(dǎo)致地球冰凍和解凍的主要因素，而不是二氧化碳的溫室效應(yīng)。

雪球地球形成的4個(gè)階段

雪球地球事件的過程大致可以分為四個(gè)階段：冰凍、維持、解凍和恢復(fù)。根據(jù)不同的研究，這些階段的持續(xù)時(shí)間和具體機(jī)制可能有所不同，但基本思路是一致的。下面我簡(jiǎn)單介紹一下：

冰凍階段：這是雪球地球事件的開始，由于某些原因（如大陸漂移、生物活動(dòng)、太陽(yáng)輻射等），導(dǎo)致大氣中的溫室氣體（主要是二氧化碳）減少，地球表面的溫度下降，從兩極開始形成冰蓋。

冰蓋的擴(kuò)張又增加了地球表面的反照率，使得更多的太陽(yáng)能被反射回太空，形成正反饋機(jī)制，加速了冰凍過程。最終，整個(gè)地球被厚厚的冰層覆蓋，形成一個(gè)“雪球”。

維持階段：這是雪球地球事件的穩(wěn)定期，由于地表水-氣交換受阻，地表風(fēng)化作用和海洋生物固碳作用幾乎停滯，火山噴發(fā)是唯一向大氣中釋放二氧化碳的途徑。

然而，火山噴發(fā)釋放的二氧化碳被冰層覆蓋，無(wú)法與空氣接觸，也無(wú)法產(chǎn)生溫室效應(yīng)。因此，地球表面的溫度保持在極低水平，冰層也不會(huì)融化。

解凍階段：這是雪球地球事件的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由于火山噴發(fā)持續(xù)不斷，大氣中的二氧化碳逐漸積累到一定程度，達(dá)到了強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)水平。這使得地球表面的溫度開始上升，尤其是在低緯度地區(qū)。

當(dāng)冰層開始融化時(shí)，暴露出來(lái)的陸地和海水又降低了地球表面的反照率，吸收了更多的太陽(yáng)能，形成正反饋機(jī)制，加速了解凍過程。最終，整個(gè)地球被融化，形成一個(gè)“溫室”。

恢復(fù)階段：這是雪球地球事件的結(jié)束和新生命時(shí)代的開始，由于大量的二氧化碳和水蒸氣在大氣中存在，導(dǎo)致地球表面的溫度升高到高于正常水平。同時(shí)，冰川融化后釋放出大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)碳進(jìn)入海洋，促進(jìn)了海洋初級(jí)生產(chǎn)力的恢復(fù)和藍(lán)藻等光合作用生物的繁榮。

這些生物通過光合作用消耗了大量的二氧化碳，并釋放了大量的氧氣。這使得大氣中的二氧化碳逐漸減少，而氧氣逐漸增加，為真核生物和多細(xì)胞動(dòng)物的演化提供了有利條件。

為海洋充能

也就是說，雪球地球?qū)τ谏恼Q生提供了多樣化的進(jìn)化，在地球形成雪球地球的時(shí)候，地球雖然表面結(jié)冰了，但是其內(nèi)部卻依然有著生命存活，這些生命體在靠近海底火山的地圖，不斷的進(jìn)化。

而當(dāng)雪球地球解凍恢復(fù)后，融化的冰層會(huì)給海洋帶來(lái)大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促成了生命進(jìn)化的多樣性，于是就有了后來(lái)的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。中國(guó)科學(xué)家的這項(xiàng)研究揭示了：

雪球地球事件對(duì)生命演化有著重要的影響，尤其是對(duì)真核生物和多細(xì)胞動(dòng)物的出現(xiàn)和繁榮。雪球地球事件結(jié)束后，海洋初級(jí)生產(chǎn)力快速恢復(fù)，導(dǎo)致海洋缺氧和有機(jī)碳的埋藏，從而促進(jìn)了大氣中氧氣的升高。

本文總結(jié)

研究為真核生物的演化提供了一次機(jī)遇，也為后來(lái)的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)奠定了基礎(chǔ)。專家認(rèn)為，“雪球地球”事件之后的環(huán)境，為真核生物的大發(fā)展帶來(lái)了契機(jī)，例如溫暖的淺海、空出的多樣化的生態(tài)位、富含無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的海水、含氧量的升高以及生物遺傳物質(zhì)的快速變異，都可能是真核生物快速演化的重要條件。

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