地球变“雪球”

现代科学已经调查清楚：两万年前地球经历过大冰期，世界大陆的1/3被压在冰盖底下，世界大洋的海平面下降120米，而且这一类冰期旋回在地质历史上曾经多次发生。但是，说整个地球都会被冰雪包裹、地球变成雪球，这有可能吗？

还真有。关于“雪球地球”的争论在 20 年前爆发，到如今已经成为主流观点，尽管争论还在继续。“雪球地球”说的是六七亿年前，发生过两次特大的冰期，每次延续千万年以上，地球从两极到赤道都有冰覆盖。前面讲到两万年前的大冰期，世界大陆有 1/3 被冰层覆盖，其中北美的冰盖就有 3000 米厚，而“雪球地球”时期，全球的大陆都被压在冰盖之下。至于海洋，世界大洋在两极周围现在都有季节性的海冰，海冰分散了就成为冰山漂浮在海面上。现在北极海冰向南能到70°N，南极海冰最北能到55°S，但是“雪球地球”时期全大洋都有海冰，直到赤道都有。大陆冰盖加上大洋的海冰，把整个地球都包在冰下（图2.6A）。

“雪球地球”的证据何在？地质历史的证据就是古代的沉积物，陆地上发现了冰碛物，前面讲的漂砾就是一种。到了海洋里，冰山融化了就会把携带的石块沉到海底，形成冰筏沉积。提“雪球地球”假说，就是因为在当时的赤道地区的海洋沉积里找到了冰筏沉积，说明冰山已经漂到了赤道。图 2.6B的照片，是一块从冰筏上融化掉下来的砾石，掉进了当时海底的碳酸盐软泥里，碳酸盐是在低纬地区沉积的，说明“雪球地球”时期的海冰覆盖了所有纬度的大洋。

一旦地球表面全是冰盖，地球系统还怎么运作？没有了液态的海面，也就没有了水汽蒸发，地面上的水如何循环？没有了波浪和海流，大洋岂不成了一潭死水？科学家们根据地质考察和数值模拟的研究结果，对“雪球地球”假说提出了各种修订。比如说，地球内部的岩浆火山活动并不会停止（图 2.6C），海底的热液活动就能驱动海水流动，推测最后“雪球地球”的结束，就是靠地球内能和温室气体的析出。至于生命，六七亿年前的陆地上还没有生物，但是大洋已经有藻类产生，那么生物总得有个地方“避难”。

于是，“雪球地球”假说产生了两种版本：除了全部冰封的“硬雪球”，还有一种“软雪球”的假说，推想大洋并未被冰山完全覆盖，等于说“雪球”有缝（图2.6A上的蓝色）。也有人推想，赤道地区的洋面上只有近于融化状态的薄冰，生物还可以在这里继续生存，因此应该叫作“雪泥地球”（Slush Earth）而不是“雪球地球”（Snowball Earth），这也正是当前争论的重点之一。按照现在的主流观点，在距今7.17亿—6.60亿年和6.50亿—6.35亿年间，曾经出现过两回“雪球地球”的大冰期。等到“雪球”灾难结束之后，地球否极泰来，终于迎来了 5.4 亿年前的“寒武纪生命大爆发”。

至于“雪球地球”假说的提出者，现在都说是哈佛大学的霍夫曼（Paul Hoffman）教授，是他 1998年在发表于《科学》杂志的论文《新元古代的雪球地球》中提出了这个假说，这篇文章至少被引用了 2300 次。然而这篇划时代论文的审稿过程并不顺利，三位评审人有两位反对，唯一同意发表的那位也持保留态度：“即便是错的”也建议发表。起决定作用的是杂志主编，他几次打电话询问细节，然后就拍板刊登。要说“雪球地球”思想的最初产生，其实还轮不到霍夫曼。1989 年为“雪球地球”取名字的，是美国地质学家基什文（Joseph L. Kirschvink），他把几十年来学术界的相关议论汇总起来，聚焦成为“雪球说”而吸引了科学界的眼球。但是基什文没有留下什么正规的文章，只是在 1992 年一本1347 页厚的文集里，发表了一篇总共只有 7 段的短文。他更没有像霍夫曼那样，长期在非洲西南的纳米比亚不断探索，专门钻研当时热带地区的碳酸盐地层，终于获得了决定性的证据。可见科学新思想的桂冠，不一定落在最先产生这一思想的脑袋上。

时至今日，“雪球地球”在学术界已经家喻户晓，但终究还是个争论中的假说，因为和我们熟知的地球系统相差太大。唯一能够提供某种参考的，是现今太阳系里的“雪球”星体。目前研究得最好的，是木星的第二号卫星——木卫二，亦称欧罗巴（Europa）（图 2.7A）。木卫二略小于月球，它的表面为冰层所覆盖，而其内部结构有点像类地行星：中心是个金属核，核外是岩石圈，然后是个水圈。水圈的表面是个冰层，估计厚度在10千米以上，最为神秘的是冰层下面液态水的海洋（图2.7B、C）。木星是太阳系里最大的行星，质量超过地球300多倍，对于周围的卫星产生极大的潮汐作用，而潮汐波产生的巨量动能，足以使冰下海洋的温度保持在冰点之上。推测木卫二的海水深达上百千米，水量相当于两个地球上的大洋，因而很可能是太阳系里最大的海洋。

木卫二如此巨大的海洋里，很可能有生命存在。木卫二的火山活动，以及海水和海底岩石圈之间的相互作用，使它成了探索的首选。近20年来，已经酝酿了各种各样的木卫二探索计划，试图解开冰下海洋的生命之谜。但是探索木卫二又谈何容易：不单是距离远——地球距离木星将近 8 亿千米，而且木卫二表面的冰层十分离奇。冰盖表面由固态转变为气态的过程里，由于不同地点升华作用的速率不同，在某些地方会形成小坑，阳光在这些坑中反射，导致深处的进一步升华，最终形成了尖峰冰刃，这类“刀山”今天在智利的干旱平原上就可以看到（图 2.7D）。因此当探索木卫二的宇宙飞船降落的时候，有可能会发现“地面”是一片冰质的“刀山”！由此推论，7亿年前“雪球地球”上也该有过这类“刀山”出现，联想到当时海底还有火山活动，谁要创作名为《雪球地球历险记》的科幻小说，应当含有上刀山、下火海的惊险场面。