那些年，有個“雪球地球”

那些年，有個“雪球地球”

北國風光，千里冰封，萬里雪飄。

地球展示著銀裝素裹之美。

樹葉正紅，冬日將至，棉褲備好。

地球卻不曾畏懼這般嚴寒。

俱往矣，數風流宇宙，還看5.4億年前的“雪球地球”。

在近10億年前，地球的氣溫一直是穩定的，沒有明顯的冰川沉積。但是在新元古代（10-5.41億年），地球演化歷史上曾出現重要奇觀，那就是在全球範圍內出現了幾期冰期事件, 稱之為“雪球地球” 事件 。

冰川事件之後，整個地球系統發生了巨大變化，如氣候和海洋的極端變化、大氣含氧量的增加、海洋深部水體賦存狀態的變化、碳硫鍶同位素組成的大幅度振盪和強烈分餾。伴隨著這些變化，地球上生命的演化出現了一次大的飛躍，實現了從真核生物到後生生物的轉變。新元古代第一次出現了多細胞動物，而且隨後多細胞後生生物開始廣泛輻射，並最終發展成為早寒武紀的“生物大爆發”。

新元古代前後生物演化列表

什麼是“雪球地球”呢？Kirschvink根據古地磁資料提出了“雪球地球”假說，即新元古代冰期期間海洋全部結冰，地球變成一個巨大的雪球。古地磁資料顯示當時的Marinoan冰期的冰川前緣甚至到達了赤道附近，整個地球表面變成了一個冰凍雪封的雪球，由此稱之為“雪球地球”事件。

這種冰期事件在新元古代（10-5.41億年）發生過幾次呢？新元古代沉積岩的地層學、同位素年代學和地球化學研究指示，新元古代時期至少發育四次成規模的冰川事件，由老到新分別稱為：1.Kaigas冰期（凱噶斯冰期）；2.Sturtian冰期（司圖特冰期）；3.Marinoan冰期（馬林諾冰期）；4.Gaskiers冰期（噶斯奇厄斯冰期）。

Kaigas 冰期沉積物的全球分佈圖

Gaskiers冰期沉積物的全球分佈圖

冰期的名字由來？這四次冰期的名字是根據主要地層所在地命名的，其中Kaigas冰期是根據Kalahari克拉通地區Sturtian冰期之下的冰期沉積地層命名的，而Sturtian和Marinoan冰期是根據澳大利亞地區的冰期沉積地層命名的，Gaskiers冰期則主要發育於紐芬蘭地區。

其中Marinoan冰期的全球化程度最高，對應於通常所說的“雪球地球”事件。Sturtian冰期可能屬於濱海相-大陸邊緣相沉積，其沉積物主要在海洋到大陸邊緣的過渡地區發育。Knoll傾向認為新元古代有兩次主要的全球性冰期，即 Sturtian 和 Marinoan 冰期。

Sturtian 冰期沉積物的全球分佈圖

Marinoan 冰期沉積物的全球分佈圖

這些冰川事件是怎麼識別和判斷的呢？冰期沉積物的成分、結構和構造是認識古冰川活動遺蹟的重要地質證據。冰川在流動時會產生巨大的壓力，對冰川底部和兩側起著“挖掘”和“拔蝕”的作用，從而形成較大的冰川礫石、漂礫和巖塊。

冰磧岩

（A）富含礫石的南沱組冰磧岩

（B）1層為陡山沱組底部的蓋帽碳酸鹽巖；2層為南沱組頂部的粘土層；3層為南沱組冰磧岩礫岩。

同時，冰川攜帶著這些岩石碎屑對其下和兩側的岩層起著削刮、銼磨、研磨等磨蝕作用，結果形成了粉砂級、甚至黏土級的細粒物質，稱為“冰川粉”。並在冰川所處的山谷谷底和兩側谷壁以及冰川攜帶的岩石碎屑上遺留下磨蝕痕跡，即冰川擦痕和刻槽。由於冰川常常幾乎無分選地攜帶和搬運走巨大的冰川礫石、漂礫和極細的冰川粉，所以在冰川的不同部位常形成沒有分選或分選性很差、成層性差、雜亂分佈、巖性複雜的冰期沉積物。

冰蝕谷野外宏觀照片

冰川刻槽

化學沉積地層的碳同位素漂移是識別冰期的常用地球化學代理指標。新元古代冰期前後的碳酸鹽巖地層層序的碳同位素組成具有一定的變化規律：冰期前碳同位素組成普遍為正值，冰期發生前夕直到冰期結束後發生大的負漂移，並且有碳酸鹽巖(稱為帽碳酸鹽巖，即cap carbonate)直接覆蓋在冰成雜礫岩之上。全球範圍內幾乎所有的新元古代冰期均與沉積岩中碳同位素負異常存在某種聯繫，但並不是所有碳同位素負異常都與冰期相關聯。

不同地區與Gaskiers冰期有關的碳同位素負漂移的地層和有關年齡分佈圖

岩石和礦物氧同位素的極端值已經成為古大陸冰川活動的新興地球化學代理指標。岩石氧同位素負異常往往與古寒冷氣候或大陸冰川融水有關，可能是古大陸冰川活動的新興地球化學代理指標。眾所周知，大陸冰川水的δ¹⁸O值與氣候條件有關。陸地淡水異常低的δ

在蓋帽白雲岩喀斯特溶蝕面上直接沉澱的重晶石晶扇

新元古代雪球地球事件的啟動機制是什麼呢？這仍然是一個謎。但是，在研究的過程中發現，其與Rodinian超大陸裂解廣泛同步，因此有學者認為與構造運動有關。也有學者認為與地球軌道有關。也有學者從當時特殊的環境出發，認為與當時的古生物（細菌）有關。

當然，不同學者提出了各自合理的假說，而你是怎樣認為的呢？

參考文獻：

Huang Jing, Chu Xuelei , Zhang Qirui, et al . Constraints on the age of Neoproterozoic global glaciations . EarthScience Frontiers , 2007, 14(2): 249- 256

Zhao YY and Zheng YF.2010.Record and time of Neoproterozoic glaciations on Earth. Acta Petrologica Sinica, 27(2): 545-565

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