冰雪地球(2)
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如果全球被冰雪覆盖，大气中的二氧化碳无法完成上述反应，从而造成碳酸盐(碳酸氢盐都是可溶的，它们最终都要生成碳酸盐)的缺失;如果冰封的地球大范围解冻，这时候二氧化碳能够参与上述反应，会在冰川层上形成一层深厚的碳酸盐覆盖物。它与下面的冰川沉积物的界限一般很明显，像盖在冰川沉积上的帽子，因此也被称作碳酸盐岩帽(cap carbonate)。目前，碳酸盐岩帽已在全球多地被发现，这就印证了地球曾经经历过冰雪覆盖-解冻的过程。
第三个证据是条带状铁矿层(BIF铁矿)。
在24亿年以前的古元古代，因为光合作用尚未形成，地球大气和海洋中严重缺氧，导致海洋中的二价铁离子不断在海水中富集，从而形成全球性的条带状铁矿石层(Banded Iron Formation，BIF)。当氧气产生之后，地球上的BIF铁矿逐渐消失。然而当冰雪地球形成时，由于海冰覆盖的影响，海洋处于缺氧状态，由此造成来自洋中脊和洋底沉积物淋滤出的二阶铁离子在底部海水中富集。一旦冰期结束，大气中的氧会进入海洋中并与铁发生化学反应，使铁从海水中沉淀出来并混合到冰川残余物里，由此造成在冰雪地球对应的地层中发现的条状铁矿远多于相邻地质时期的条状铁矿的情况。这也成为冰雪地球曾经发生过的又一项证据。
海洋中主要有两种稳定的碳同位素——12C和13C，其中13C的丰度比12C低很多，约为1.109%左右。13C和12C的比值与有机生命体的活动有关：海洋中的原生生物和藻类的光合作用更倾向于吸收12C，所以在其生命繁盛时期，13C/12C的比值明显偏高。而在冰雪地球时期，大量有机生命体死亡，造成生物吸收的12C显著减少，使得13C/12C的比值明显偏低。现有证据表明，在冰川残积层上面的碳酸盐层中，12C与其同位素13C的比值在冰川期前后明显偏低。这是第四个证据。
另外一个证据则是碳酸盐岩底部异常高的铱沉积。
根据在赞比亚和刚果的钻探结果，研究人员发现在6.3亿年前形成的碳酸盐岩底部有异常高的铱沉积。只有在地球长期处于完全被冰封的状态下，源于太空中的铱(陨石和彗星尘埃)才能在地表不断累积;否则，它将被冲刷到海洋里。根据现今太空物质的累积速度，人们估计地球在6.3亿年前被冰封了至少300万年甚至1200万年。
冰雪地球是怎么形成的
事实上，不管形成冰雪地球的原因是什么，全球最终为冰雪覆盖，必定要启动地球气候系统的冰雪-太阳辐射正反馈机制，即开始因为某种原因导致气温下降，降温之后冰雪开始发展，冰雪发展导致地表反照率增加，被地球系统吸收的太阳辐射减少，产生持续降温，进而导致冰雪进一步发展，由此愈发不可收拾，最终出现全球性的大降温和冰雪封冻。专家对此也有不同的解释。
科什文克认为，新元古代的全球性冰川期与新元古代特殊的大陆分布有关。他对雪球事件的解释为，当陆地位于热带地区，并且在基本不被冰雪覆盖时，有利于CO2与岩石发生化学反应;热带较强的降雨也使得大气中的CO2更多地被带到地面，与岩石中的硅酸盐发生化学反应生成碳酸氢盐。这些碳酸氢盐随河水进入海洋后，进一步与钙、镁等反应进而沉淀到海底，即前文所述碳酸盐岩帽的形成机理。与之对比，如果陆地大部分位于中高纬度地区，考虑到高纬度的陆地常年被冰雪覆盖，不利于大气中的CO2与地面岩石间的化学反应，因此当陆地在热带地区的时候，容易大量消耗大气中的CO2，可能会让大气中的CO2浓度降到相当低的程度，温室效应减弱，容易形成全球性的冰川。
然而自新元古代之后，大陆向中高纬度漂移。现在的地球上，陆地大部分位于中高纬度地区，这不利于大气中的CO2与地面岩石间发生化学反应而消耗CO2，其结果是CO2含量保持稳定，不容易发生全球性冰川。因此冰雪地球的出现是新元古代全球海陆分布的必然结果。
关于全球冰雪地球的形成，霍夫曼在1999年提出一个假设，在冰雪地球形成之前，全球的大陆都集中在赤道附近，即罗迪尼亚超级大陆(Rodinia)。这个大陆在冰川覆盖开始之前裂解，形成两个新的超级大陆——劳伦古大陆(Laurentia)和冈瓦纳大陆(Gondwana)。超级大陆裂解使大陆边缘的海洋面积迅速增加，由于大陆边缘是海-气相互作用与海洋生物初级生产率最高的区域，因此全球的海洋初级生产率大大提高，并且伴随着有机碳大量沉积进入海洋的情况发生;另一方面，由于大陆分离，使得原来大陆内部降水及径流逐渐增加，这些都加速了大气中的CO2含量迅速消耗，从而使得全球温室气体大量减少，温室效应减弱，最终触发了冰雪-太阳辐射反馈灾变，形成全球大降温和冰雪地球。
有科学家从天体物理的角度提出了一个大胆假设，认为当时的赤道面和黄道面之间的夹角可能不是现在的23.5°，而是大于54°。这意味着，夏季时太阳直射极地，赤道附近的年平均气温要低于极地地区，气候带的分布和现在完全不同。在这种情况下，赤道地区有利于冰川发育，中低纬度地区覆盖大规模冰雪，而极地地区没有冰盖，这就解释了赤道大陆上的冰川问题。不过这个假设受到了霍夫曼等人的强烈质疑：在这种黄赤夾角下，全球的季节变化更明显，冰雪在季节演变中的维持难度比较大，中高纬度地区的冰川无法持续存在;然而，目前的地质资料显示，在稍微高一点的纬度，比如南纬30°～40°的区域曾在这一时期出现过冰川，这就是地轴倾斜假设的重要缺憾。另外，地轴倾斜假说也需要解释地球黄赤夹角为何会发生变化。
最后一个可能就是超级火山爆发或者小行星撞击问题。
6500万年前，一颗直径为10千米的小行星撞击地球，撞击地点位于墨西哥湾的犹卡坦半岛，激起漫天尘埃遮天蔽日，并通过平流层环流影响全球，导致气温急剧下降，地球最终出现了千年尺度的全球冷期和恐龙等生物的大灭绝。1815年，印度尼西亚松巴哇岛上的坦博拉火山爆发，这次火山强度为7级，引起1816年欧洲、美洲和全球各地的严寒和饥荒，使得1816年成为著名的“无夏之年”。火山爆发和小行星撞击是地球气候系统里的不确定性因子，也是高发因子，距离地球38万千米之外的月球上，直径大于1千米的撞击坑就有3.3万个，临近的火星、水星、土卫三、木卫三等星球上也布满了大大小小的撞击坑。这些撞击坑表明，我们的地球也同样曾经历过无数的小行星撞击。超级大陆的裂解一定配合有非常剧烈的地质活动，并伴随有频繁而猛烈的火山喷发，因此很有可能在这一板块运动活跃期，地球上经历了比坦博拉火山喷发强得多的持续的超级火山喷发，最终触发冰雪-太阳辐射的正反馈过程。 (魏科)