冰河時代

在這個春暖花開，百花盛開，

十里桃花的季節。

小編就想這樣不應景地講講

乍暖還寒的“雪球地球”或者“冰河時代”，

再把一首涼涼送給你。

 

 

 

什么是“冰期”和“間冰期”呢？

 

“冰期”是地球上極為寒冷的時期，氣溫降低，冰雪覆蓋大地。“冰期”到來時，中、低緯地區到處是冰川，大量生物抵御不住嚴寒而死去。“冰期”過去，萬物復蘇，冰川消融，氣候逐漸回暖，地球重新擁有了生氣和力量。

 

地質歷史時期，“冰期”與“間冰期”相互交替。地球所經歷的冰期和隨之而來的冰川作用，一般認為發生在以下幾個時間：古元古代的休倫（Huronian）冰期，約在22.5億年；新元古代晚期有三到四個重要的冰期，約在7.6~5.8億年；古生代后期（石炭一二疊紀）卡魯冰期（Karoo ice age），約3.6~2.6億年；第四紀冰期，約在2.58百萬年以來。

 

 

01

 

古元古代的休倫（Huronian）冰期

 

 

在南非、北美和芬諾斯坎底亞（芬蘭、挪威、瑞典和丹麥）等地區發現古元古代低緯度冰川記錄, 被認為是全球性的冰期事件。其中最確定無疑的是南非Makganyene冰磧礫巖和北美Huronian冰磧礫巖，這是冰川存在的直接證據。

南沱組的冰磧巖

 

全球性冰期事件被認為與大氣氧化事件有關，大氧化事件就是在古元古代的初期，約24.5億年氧氣含量突然增高。正常來說，古元古代大氣富含甲烷，能夠保持地球表面溫度在凝凍點以上。有人認為，古元古代大氣氧氣含量的上升降低了甲烷的含量并最終導致了冰期的發育。

 

約24.5億年氧氣突然增高（Ga為十億年）

 

 

02

 

 

新元古代的冰期

 

 

 

約瑟夫·科斯溫克（Joseph Kirschvink）在1992年發表的一篇有關元古代生物的長篇論文中提出“雪球地球”（snowball Earth）這一假說。哈佛的地質學家保羅霍夫曼（Paul Hoffman）將這一假說應用到納米比亞新元古代的厚層冰磧巖，沉積特征表明冰磧巖當時位于海岸淺水位置，于是1998年8月28日在《科學》雜志上發表了關于新元古代的雪球地球的文章，轟動一時。2010年，弗朗西斯·麥克唐納（Francis MacDonald）報道了古地磁的數據，證明羅迪尼亞超大陸此時位于赤道緯度。由此說明新元古代時期的冰期事件是全球性的，從赤道到兩極都被凍住了，整個地球如同一個冰封的雪球。

新元古代冰期發生的次數、年齡、分布范圍，以及其成因機制等問題還存在著很大的爭議，所以設立了IGCP-512國際對比計劃，協調各國的研究。科學家通過冰川沉積物的成分、結構、構造認識古冰川活動遺跡，應用一些地球化學的指標和給巖石或地層測定年齡的手段，最終確定新元古代時期有4次冰期，并限定了每個冰期的大致時間范圍，其中有兩次是全球性的冰期——Sturtian冰期（司圖特冰期，7.18~6.60億年）和Marinoan冰期（馬林諾冰期，6.51~6.35億年），和另外兩次小的或是局部的冰期——Kaigas冰期（凱噶斯冰期，7.57~7.41億年）和Gaskiers冰期（噶斯奇厄斯冰期，5.837~5.821億年）。Marinoan冰期的全球化程度最高，對應于通常所說的“雪球地球”事件。

 

 

 

03

 

古生代后期（石炭一二疊紀）卡魯冰期

 

 

在3.6~2.6億年前，地球表面存在著巨大的冰蓋。19世紀，在南非卡魯盆地首次明確發現了冰期的證據，即冰磧巖，從而命名這一時期為卡魯冰期。

冰磧巖

 

由于岡瓦納大陸漂移，北非與勞倫大陸在赤道附近拼合，全球的洋流循環系統和熱傳輸系統發生重大改變，致使大氣圈 pCO2 降低、全球氣候變冷、冰川活動加強，最終導致全球從泥盆紀的“溫室地球”進入了石炭紀-早二疊世的“冰室地球”。

早石炭紀古地理重建圖

 

最新研究表明，石炭紀-二疊紀冰室氣候時期的大陸冰蓋是由一系列不連續的冰期組成。目前，至少發現了兩個小冰期：第一次在石炭紀早期（359.2~318.1Mya），冰蓋從非洲南部和南美洲擴展。第二次在石炭紀后期（318.1~299Mya），冰蓋從澳大利亞和印度擴展。

 

 

04

 

第四紀冰期

 

 

中國第四紀冰川的研究，始于著名地質學家李四光。

李四光在1921年就在山西大同及河北太行山東麓發現了冰川漂礫，識別出冰川流動形成的擦痕；30年代，又在江西廬山發現冰川沉積物，在鄱陽湖邊發現具冰川擦痕的羊背石，并在安徽黃山發現U形谷削壁上的擦痕和冰川漂礫。

現代的冰川

在這些重要發現后，李四光先后發表了《揚子江流域之第四紀冰期》和《安徽黃山之第四紀冰川現象》等論文以后又出版了專著《冰期之廬山》。他提出廬山冰川可分為3個冰期，最老的為“鄱陽冰期”，規模最大；之后是“大姑冰期”；較新的是“廬山冰期”，規模最小。新中國成立以后，有學者又提出比“廬山冰期”更晚的“大理冰期”，在云南大理蒼山找到了冰磧物。這樣一來，第四紀就有了以上四大冰期，這四個冰期正好與20世紀初德國學者根據阿爾卑斯山第四紀冰川研究提出的四大經典冰期一一對應。但也有學者對第四紀我國東部到底有沒有冰川提出過疑問。

而在中國西部，第四紀冰川的存在是沒有疑問的。在天山南麓等區域找到過大量冰期存在的證據。冰川的出現對全球氣候和生物發展的影響很大，特別是第四紀冰川，直接作用于人類的生存環境，研究和確認第四紀冰川既有特殊的理論意義也有普遍的現實意義，因此一直吸引著人們為此付出不懈的努力。

冰河時期的典型冰川作用

參考文獻：

[1]孔凡凡,袁訓來,周傳明.古元古代冰期事件:山西五臺地區滹沱群的碳同位素證據[J].科學通報,2011,56(32):2699-2707.

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[3]郄文昆,張雄華,杜遠生,張揚.華南地區下石炭亞系碳同位素記錄及對晚古生代冰期的響應[J].中國科學:地球科學,2010,40(11):1533-1542.

[4]黃晶,儲雪蕾,張啟銳,馮連君.新元古代冰期及其年代[J].地學前緣,2007(02):249-256.

[5]認識地球，張維，中國科普博覽叢書，中國發展出版社，2008.

 

美編：張志越

校對：陶   琴
 

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（地一眼編輯：楊為先）

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