一、冰川与冰期

前段时间，因为瑞典的一个16岁小姑娘格蕾塔·通贝里（Greta Thunberg）为气候变化罢课的问题，全球的气候变化再一次引起了人们的关注。气候变化中一个重要的问题就是冰川的消亡。当然，本文并不打算探讨冰川消亡和气候变化的问题，而是会从地质学家的角度看看如何通过冰川研究数亿年前的地球故事。

为气候变化罢课的格雷塔

冰川是什么呢？实际上就是冬季下的雪在夏季无法融化，这些雪花年复一年的堆积形成了冰川冰，冰川冰在重力的作用下沿着山坡向山脚下流动，从而形成的河流一样的地貌。曾经有一部电影，叫做《冰河世纪》，电影名字里面的冰河，实际上就是冰川。

冰川全貌模型

冰川冰在重力作用下向下流动，形成冰川

冰河世纪，指的就是2万年前，地球上寒冷异常，冰川到处都是的一个时代。我们把这种地球上冰川到处都是的时代称为冰期，而在冰期之间比较温暖的时期称为间冰期。我们现在就处于一个小的间冰期之中。

1万年来温度变化，蓝色为冰期，红色为间冰期

冰川在沿着山坡向下的过程中，会不断破坏沿路的岩石，并裹挟着这些岩石随着冰川一起流动，当冰川到达山脚开始消融的时候，这些岩石就会留在冰川消融的地方堆积起来，这些物质被称为冰川沉积物，地质学上把这些物质叫做冰碛（qi）物。

携带沉积物的冰川最终会融化

古冰川留下的冰碛物，大小不一，棱角分明

河流成绩物，大小相似，形态圆润

冰川沉积物有什么用呢？冰川是冰构成的，温度升高就会消失，但是冰川沉积物是一些岩石构成的，这些物质不会因为温度的升高而消失，所以地质学家们能够通过研究那些古老的冰川沉积物，从而确定冰川的分布状况，进而判断地球上的历史气候变化情况。

二、雪球地球事件

20世纪60年代的时候，科学家们已经发现，6亿年前的冰川沉积物在地球上分布广泛，包括澳大利亚南部。但是有趣的是，根据古地磁学研究（插入链接），澳大利亚地区在6亿年前处于赤道附近。而以现在地球上的情况看，赤道附近，只有海拔几千亩的高山山顶才会有冰川存在，如果地球赤道上要广泛发育冰川的话，就只有一个可能：温度降低！

5.5亿年前，澳大利亚位于赤道

当时的温度有多低呢？在最低的情况下，全球平均气温为-50℃，赤道地区达到-20℃（现在南极就是这个温度）。这个时候的地球，全部被冰雪覆盖，就好像我们现在打雪仗捏的雪球一样，因此科学家们把这个时期的地球命名为：雪球地球！

雪球地球想象图

三、雪球地球是怎么形成的？

11-7亿年前，地球上存在着一块巨型的大陆：罗迪尼亚超大陆。当时地球上所有的陆地都集中在罗迪尼亚大陆上，我们现在的七大洲原本都曾是罗迪尼亚大陆的一部分。

9亿年前的罗迪尼亚大陆

但是在7-6亿年之前，罗迪尼亚大陆解体了。这些分裂开来的陆地板块主要集中在中低纬度之间，在中低纬度地区，温度高，湿度大，化学作用强烈，这些化学作用主要发生于岩石与大气之间：

CaSiO3+CO2→CaCO3+SiO2

其中CaSiO3可以代表岩石的化学组成。

在这个反应中，岩石与二氧化碳发生反应，形成了碳酸钙（灰岩）和二氧化硅（石英）。

灰岩，烧石灰那个灰岩

灰岩和石英都是固体，也就是说，在这个化学反应中，消耗了大量的二氧化碳，形成了两种不同的岩石。我们如今都知道，二氧化碳是一种温室气体，空气中二氧化碳多温度就会升高，二氧化碳少，温度就降低。

因此，在罗迪尼亚大陆解体之后，大气中的二氧化碳逐渐减少，温度逐渐降低，地球上从两极开始，冰川面积开始扩张，冰川的出现又会起到另外一种作用：冰反射。从太阳辐射岛地球上的能量，其中大部分通过各种物质的反射回到了太空中，这些物质包括海洋、陆地、冰川等，其中海水的反射率最低，只有1%，陆地反射率为30%，冰川为60%。

冰川的面积增加无疑让反射的太阳能更多，也就是说，地球吸收到的热量更少了，这种情况又加剧了温度的降低情况，从而导致冰川的面积继续增加，最后逐渐覆盖了全部的地球。这就是雪球地球的形成过程。

四、火山再一次拯救了生命

正如上述所说，那时候的地球，一旦开始变冷，其实是一个无解的恶性循环，地球只会变得越来越冷。如果真是那种情况，地球上的生命也能也没有机会演化出现在的面貌了。

但是好在我们有火山！其实火山在更古老的时候就已经拯救过地球生命一次了（）。地球上活跃的火山活动给了生命们一次机会，火山附近水温高，生命可以存活；更重要的是，火山的爆发源源不断地喷出二氧化碳，这让地球上的二氧化碳含量重新开始恢复，当这些温室气体累积到120000ppm（现代大气二氧化碳含量的350倍），温室效应能够抗衡并超过冰反射效应的时候，冰川融化了。

这次大冰期过后不久，生命开始了快速演化，并出现了现代生命的直系祖先，这次生命演化事件就是闻名遐迩的寒武纪生命大爆发。