冰雪地球(1)
仰望星空，科学家一直在深空中寻找另一个适宜人类居住的家园。所谓“宜居”，通常的标准是指行星与恒星距离合适，在一定范围内水能够以液态形式存在，因为液态水是生命生存所不可缺少的元素。
如果将这一标准向前推到约7亿年前来看我们的地球的话，你会发现，那时的地球可能并不宜居，因为地球当时正处于全球冰封的“冰雪地球”时代。
全球冰封的时代
所谓冰雪地球，英文名称为snowball Earth，指的是包括大陆和海洋在内的整个地球完全被冰雪覆盖，在此期间，地表气温降到-50℃，陆地和海洋白茫茫一片，海冰厚度可达一两千米，陆地上的冰川和积雪厚度可达数千米，整个地球变成了一个巨大的冰雪球。相对于文章后面提到的其他冰雪地球假说，此时的地球也可以叫作“硬壳雪球”(hard snowball Earth)。
这种全球覆盖冰川的情况在地球发展历史上可能出现过多次，最被认可的有三次，第一次发生在距今24亿～22亿年以前，第二次发生在距今7.5亿～6亿年前。这两个时代都出现在地球臭氧层形成(大概距今6亿年)和寒武纪生命大爆炸(距今5.41亿年前)之前。第三次在2.8亿年前左右，被认为可能是造成二叠纪生物大灭绝的原因之一。
理论的源起
冰雪地球这一理论假说的提出至少可以追溯到1909年，提出者为澳大利亚地质学家兼南极探险家道格拉斯·莫森。他在南澳大利亚发现了疑似新元古代(NP， Neoproterozoic，距今10亿～5.4亿年前)的冰川沉积物。当时的主流观点认为，澳大利亚在新元古代位于热带。于是，道格拉斯·莫森提出了global glaciation(全球冰川)的猜想，时间大概是1909年。这个猜想在当时是一个非常大胆的假设，但尚未形成影响力。
到了1964年，剑桥大学地质学家沃尔特·布赖恩·哈兰德进一步提出了新元古代的全球性冰川假说，他的主要依据有两个：其一，基本上在地球上所有的大陆均发现新元古代时期的冰川遗迹，甚至连曾经是热带的格陵兰岛都有冰川。其二，现在的大陆在新元古代时期基本上都在热带。既然连当年在热带地区的大陆都有冰川，中高纬度更应该为冰雪覆盖，所以当时出现了全球冰川。
然而，直到1992年，正式的冰雪地球假说和“Snowball Earth”这个词语才被加州理工大学的地质学家约瑟夫·科什文克教授首先提出。科什文克是个古怪点子比较多的人，比如他就能狂想到了snowball earth，并且预测和发现了化石磁小体(magneto fossils)，化石磁小体本来用于生物地层学，现在甚至在火星探测中都有很大用处。当然，他的冰雪地球假说依旧没什么影响力，估计是因为该理论是藏在专业书籍《The Proterozoic Biosphere(元古代生物圈)》上，全球看过这本书的人估计寥寥无几。
真正使得冰雪地球成为古气候和地质界热点话题的人是哈佛大学的保罗·霍夫曼教授，他于1998年在《科学》杂志上发表了题为《A Neoproterozoic snowball earth(新元古代冰雪地球)》的文章，在这篇四页半的文章里，他主要讨论了关于全球性冰川问题，并对冰雪地球假说提出了更多的地质证据和解释。根据其在非洲西南部国家纳米比亚的科考，保罗·霍夫曼认为，在新元古代时期，地球经历了数次(2～4次)全球性冰川时期。在冰川覆盖期间，地表气温降到-50℃，地球的陆地和海洋完全为冰雪覆盖，海冰厚度可达一两千米，陆地上的冰川和积雪厚度可达数千米，整个地球变成一个巨大的冰雪球。
冰雪地球假说当然是一个对古气候的大胆假设，因为时代久远，谁也没法回到过去看看那时候到底发生了什么。该假说涉及古地质、古生物和古气候等地球科学领域的许多基本问题，一经提出便在地学界引起了巨大的反响和争论，大家必然会问以下四个问题：第一，有什么证据表明冰雪地球存在过？第二，地球是怎么冰封的？第三，地球是如何解冻的？第四，全球冰封的时候，生命在哪里？
冰雪地球确实存在过
接下来，我们就逐一探究上面四个问题的答案。
首先，可以表明冰雪地球存在的证据。
第一個证据是全球冰川记录。如前所述，剑桥大学地质学家沃尔特·布瑞恩·哈兰德根据各项证据提出，全球所有的大陆上均发现新元古代时期冰川遗留的痕迹，其次是新元古代时期这些大陆基本上都集中在赤道附近。
他在这里用了一个巧妙的证据，地球火山喷发出来岩浆在冷却变硬之前，因为地球磁场的作用，岩浆中含有的铁矿颗粒的磁场方向应该与当地的地球磁场方向保持一致。如果当时的大陆位于赤道附近， 这些颗粒的磁场方向应该是水平的;如果大陆位于地球的两极附近，这些颗粒的磁场方向是差不多垂直的。当岩石变硬之后，如果铁矿颗粒的磁场方向没有受到其他因素的影响，它们的磁场方向便能够记录在岩石形成时大陆所在的纬度。研究显示，新元古代时期冰川残迹层中岩石的磁场竟然全都是水平的。这表明那时候的大陆基本上都集中在热带地区。20世纪60年代，大陆漂移学说已经被学界接受，所以新元古代时期陆地集中在热带地区这一观点也是可以被接受的。
第二个证据是碳酸盐岩帽。
大气中的二氧化碳被雨水冲刷带到地面后，会与岩石中的硅酸盐发生化学反应生成碳酸氢盐，这些碳酸氢盐随着河水进入海洋，并进一步与钙、镁等发生反应生成碳酸盐而沉淀于海底。 (魏科)
如果将这一标准向前推到约7亿年前来看我们的地球的话，你会发现，那时的地球可能并不宜居，因为地球当时正处于全球冰封的“冰雪地球”时代。
全球冰封的时代
所谓冰雪地球，英文名称为snowball Earth，指的是包括大陆和海洋在内的整个地球完全被冰雪覆盖，在此期间，地表气温降到-50℃，陆地和海洋白茫茫一片，海冰厚度可达一两千米，陆地上的冰川和积雪厚度可达数千米，整个地球变成了一个巨大的冰雪球。相对于文章后面提到的其他冰雪地球假说，此时的地球也可以叫作“硬壳雪球”(hard snowball Earth)。
这种全球覆盖冰川的情况在地球发展历史上可能出现过多次，最被认可的有三次，第一次发生在距今24亿～22亿年以前，第二次发生在距今7.5亿～6亿年前。这两个时代都出现在地球臭氧层形成(大概距今6亿年)和寒武纪生命大爆炸(距今5.41亿年前)之前。第三次在2.8亿年前左右，被认为可能是造成二叠纪生物大灭绝的原因之一。
理论的源起
冰雪地球这一理论假说的提出至少可以追溯到1909年，提出者为澳大利亚地质学家兼南极探险家道格拉斯·莫森。他在南澳大利亚发现了疑似新元古代(NP， Neoproterozoic，距今10亿～5.4亿年前)的冰川沉积物。当时的主流观点认为，澳大利亚在新元古代位于热带。于是，道格拉斯·莫森提出了global glaciation(全球冰川)的猜想，时间大概是1909年。这个猜想在当时是一个非常大胆的假设，但尚未形成影响力。
到了1964年，剑桥大学地质学家沃尔特·布赖恩·哈兰德进一步提出了新元古代的全球性冰川假说，他的主要依据有两个：其一，基本上在地球上所有的大陆均发现新元古代时期的冰川遗迹，甚至连曾经是热带的格陵兰岛都有冰川。其二，现在的大陆在新元古代时期基本上都在热带。既然连当年在热带地区的大陆都有冰川，中高纬度更应该为冰雪覆盖，所以当时出现了全球冰川。
然而，直到1992年，正式的冰雪地球假说和“Snowball Earth”这个词语才被加州理工大学的地质学家约瑟夫·科什文克教授首先提出。科什文克是个古怪点子比较多的人，比如他就能狂想到了snowball earth，并且预测和发现了化石磁小体(magneto fossils)，化石磁小体本来用于生物地层学，现在甚至在火星探测中都有很大用处。当然，他的冰雪地球假说依旧没什么影响力，估计是因为该理论是藏在专业书籍《The Proterozoic Biosphere(元古代生物圈)》上，全球看过这本书的人估计寥寥无几。
真正使得冰雪地球成为古气候和地质界热点话题的人是哈佛大学的保罗·霍夫曼教授，他于1998年在《科学》杂志上发表了题为《A Neoproterozoic snowball earth(新元古代冰雪地球)》的文章，在这篇四页半的文章里，他主要讨论了关于全球性冰川问题，并对冰雪地球假说提出了更多的地质证据和解释。根据其在非洲西南部国家纳米比亚的科考，保罗·霍夫曼认为，在新元古代时期，地球经历了数次(2～4次)全球性冰川时期。在冰川覆盖期间，地表气温降到-50℃，地球的陆地和海洋完全为冰雪覆盖，海冰厚度可达一两千米，陆地上的冰川和积雪厚度可达数千米，整个地球变成一个巨大的冰雪球。
冰雪地球假说当然是一个对古气候的大胆假设，因为时代久远，谁也没法回到过去看看那时候到底发生了什么。该假说涉及古地质、古生物和古气候等地球科学领域的许多基本问题，一经提出便在地学界引起了巨大的反响和争论，大家必然会问以下四个问题：第一，有什么证据表明冰雪地球存在过？第二，地球是怎么冰封的？第三，地球是如何解冻的？第四，全球冰封的时候，生命在哪里？
冰雪地球确实存在过
接下来，我们就逐一探究上面四个问题的答案。
首先，可以表明冰雪地球存在的证据。
第一個证据是全球冰川记录。如前所述，剑桥大学地质学家沃尔特·布瑞恩·哈兰德根据各项证据提出，全球所有的大陆上均发现新元古代时期冰川遗留的痕迹，其次是新元古代时期这些大陆基本上都集中在赤道附近。
他在这里用了一个巧妙的证据，地球火山喷发出来岩浆在冷却变硬之前，因为地球磁场的作用，岩浆中含有的铁矿颗粒的磁场方向应该与当地的地球磁场方向保持一致。如果当时的大陆位于赤道附近， 这些颗粒的磁场方向应该是水平的;如果大陆位于地球的两极附近，这些颗粒的磁场方向是差不多垂直的。当岩石变硬之后，如果铁矿颗粒的磁场方向没有受到其他因素的影响，它们的磁场方向便能够记录在岩石形成时大陆所在的纬度。研究显示，新元古代时期冰川残迹层中岩石的磁场竟然全都是水平的。这表明那时候的大陆基本上都集中在热带地区。20世纪60年代，大陆漂移学说已经被学界接受，所以新元古代时期陆地集中在热带地区这一观点也是可以被接受的。
第二个证据是碳酸盐岩帽。
大气中的二氧化碳被雨水冲刷带到地面后，会与岩石中的硅酸盐发生化学反应生成碳酸氢盐，这些碳酸氢盐随着河水进入海洋，并进一步与钙、镁等发生反应生成碳酸盐而沉淀于海底。 (魏科)