地球曾三次變成雪球行星 海洋全部凍結 2013年08月28日 07:35
來源：鳳凰科技 鳳凰科技訊 北京時間8月28日消息， 美國太空網報道，在幾百萬年前廣闊的冰河世紀，冰川從極地幾乎延伸至赤道，整個地球覆蓋上冰凍的皮膚。正如科學家所描述的，“雪球地球”的環境條件導致地球成為一個完全不同的星球。“我們談論的是另一個世界，”美國紐約美國宇航局戈達德太空研究所的琳達·蘇爾（Linda Sohl）這樣說道。今年5月蘇爾在一次研討會的午飯時間與一小組人討論了對雪球地球的理解的進化以及隨著科技的發展它是如何發生改變的，隨後她將該問題的討論發佈在網上。 大陸大小的冰川 20世紀90年代早期，科學家發現了好幾處罕見的特徵，暗示著過去曾發生了某些寒冷事件。幾乎在每一個大陸上都發現了相似年代的冰川沉積物。證據表明被包裹的碳酸鹽——海洋形成的石灰岩包裹物——位於形成的冰川沉積物上方，而非從高緯度朝南遷移。“日益增多的共識表明地球過去曾發生了可怕的冰河時期。”這些特徵出現在地球歷史上的三個不同時期，7.5億年前、6.35億年前和5.8億年前。 “雪球事件是非常極端的冰川作用，”英國伯明翰大學的地質學家卡爾·斯蒂文森（Carl Stevenson）這樣說道。斯蒂文森參與了另一項涉及雪球事件的單獨項目。 在正常的冰河時期，冰原會像脈衝一樣從極地向外移動和收縮。“在雪球事件裏，處於某種原因冰川的脈衝似乎到達某個臨界點，整個系統就形成一個雪球。”冰川並沒有收縮，而是向更遠的南部爬行。 雪球地球的溫度預計達到-50攝氏度，隨著冰的傳播，越來越多的熱量被發射入太空，而非被地球本身吸收，溫度驟降並以失控效應在整個星球上傳播。“如果你想像大陸大小的冰位於現在沙烏地阿拉伯的位置，你就能知道大概整個地球環境有多寒冷。” 整個地球在這三個階段裏處於完全的冰凍期，整體持續了1000萬年直到地球開始變暖。科學家仍然無法確定什麼導致溫度的回升，但火山活動是最大的“嫌疑犯”。很多岩石吸收了二氧化碳，但在雪球地球的情景裏，這樣的形成會被覆蓋，使得大氣加熱分子到達一個臨界點，也即全球變暖效應能夠融化冰。
融雪還是固體？ 1992年美國加州理工學院的約瑟夫·基施芬克（Joseph Kirschivink）首次提出的冰凍地球觀點休眠了6年直到美國哈佛大學的同事保羅·霍夫曼（Paul Hoffman）發表了一篇文章，預想整個世界是冰凍海洋的情景。 然而海洋是100%的固體的觀點並不是每個人都容易接受。2006年夏天在瑞士進行的一個工作坊裏，65名科學家——地質學家、生物學家、行星建模者以及其他領域的專家——齊聚一堂討論這種情況的可能性以及面臨的問題。 “我們花費了一週時間討論各種事宜，” 蘇爾說道。最終，證據似乎並不支援完全被冰覆蓋的地球觀點。生物學家指出冰凍海洋會阻礙光，導致大規模的滅絕，而且不會出現在化石記錄上。地質學家表示，該觀點提出的水迴圈的關閉與證據不符。蘇爾覺得會議介紹後大多數人都認為海洋並未完全凍結。 栗色的冰川沉積物位於灰色碳酸鹽岩礁上方。這張照片是在加拿大育空地區拍攝的，這片地區幾百萬年前曾位於熱帶地區，這暗示著地球曾經非常寒冷。 “另一種可能性是彈力球觀點，地球曾經經歷了嚴酷的冰河時期，我們丟失了大部分開放海洋。彈力球類似于某種中途的場景，它並非是完全一片雪白，在冰與開放水域之間還有空隙。” 斯蒂文森說道。蘇爾描述了這樣的世界，也即熱量集中在赤道附近，留下了一片液體水區域，使得生命能夠存活。 更好的科技更好的模型 電腦倣真受到了當時科技的限制，這一項目進行了15年。“早期的模型受到了當時電腦水準的限制，因此當科學家估計真實的世界時，這些估計其實非常粗糙。” 美國航空航太局戈達德空間研究所氣象學家加文·施密特(Gavin Schmidt)這樣說道。他帶領了一項研究發展並維護了GISS-E2倣真，這個氣候模型項目被蘇爾用於模擬接近冰凍的地球環境。GISS-E2擁有不同技術差別的一系列配置。 與最初建模冰凍地球的項目相比，現在的項目能夠劃分到更小的部分並進行更多細節研究。“最早的模型主要關注于低層大氣，現在的模型包含海洋、海冰、陸地表面、碳迴圈、氣溶膠、大氣成分、平流層以及以上的大氣層等等。” 施密特這樣說道。 最初版本的GISS-E2齣現于20世紀80年代，但在很多人的幫助下，這個項目已經被更新和改進了數次。“這是集體努力的結果，包括海洋學家、氣象學家、數學家、電腦科學家和其他科學家。”像GISS-E2這樣的氣候模型不僅可以為科學家提供有關地球可能的過去的資訊，還能一瞥地球的未來。之後的改變將極大的提高倣真的靈活性，使得它也能應用於其他行星。 在5月進行的研討會上，蘇爾展示了她目前正在進行的兩個有關古老冰期的研究。利用更加現代的項目，她重新模擬了20世紀90年代初研發的倣真。這項研究還需要進行更多實驗，目前尚未進行任何同行審閱或者出版。 其中兩個實驗都顯示了地球是貧瘠的。植物的存在或者缺乏會影響地球的反射率，後者會影響地球加熱的速率。“陸地的植物直到4.6億年前才出現，”蘇爾說道。“最好的情況是陸地上可能會出現某種地衣或者類似的東西，但這一點也非常具有爭議性。” 最初的實驗假定了標準的沙漠環境，但在最新的模型裏科學家利用了貧瘠的戈壁沙漠的一處地點作為例子演示荒涼的早期地球可能發生的情景。兩個項目都模擬了60年的情形。現在對那個時間範圍的模擬持續了12個小時，最初的模型則需要更長時間。 圖形顯示逐漸變成雪球地球的過程。 蘇爾討論了小組進行的七項實驗。第一個是利用工業化前的條件進行的基本控制模擬，她還分別為兩個冰川間隔期，太陽改變的亮度或者光度進行了三次模擬。在太陽系歷史早期，太陽更加黯淡，這將影響雪球地球的發展。 在最初的項目裏，大陸塊坍塌形成超級大陸泛大陸國家，但在研究小組認為，遷徙的大陸塊對改變行星反射比並沒有嚴重的影響。但它產生了很多角落和縫隙使得冰能夠堆擠，從而減慢了這個項目的進行。蘇爾表示未來的模擬倣真將包含更加簡化的地形學。 科學家並不知道什麼引發了雪球地球的臨界點。蘇爾近期進行的倣真令人驚訝的結果之一便是極端環境並非產生雪球地球的必要條件。另一個令人驚訝的發現便是對年輕冰河時期進行倣真的結果的相似性，即使最初的環境條件發生了改變。將太陽的光度設定到最大值與二氧化碳水準被減少到最低水準產生了相似的環境條件，它們可以與現在太陽亮度產生的條件相媲美。“我並沒有預料到這些倣真結果如此相似。”蘇爾說道。 接下來，蘇爾希望調查E2-R所允許的其他參數改變，包括改變日長至21.9小時。隨著科技允許氣候模型解釋一系列變數，科學家應該能夠更好地理解創造和維持融雪的雪球行星的驅動力量。如果地球曾經三次變成巨大的冰凍行星，它是否可能再次發生？“我認為在人類存在的時間內，它並不會發生。” 斯蒂文森說道。（編譯/嚴炎劉星） | 
