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24亿年前,下了3亿年大雪,致命“毒气”扩散到全球

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  过去数十亿年来,地球上的气温并非一直保持一个水平,地球有时很热,例如,1亿年前的恐龙时期,全球气温比现在高了3 ℃;5亿年前的寒武纪,全球气温更是高达21 ℃,比现在高了7 ℃。

  另一方面,地球有时也会很冷,例如,2万年前的末次冰盛期,全球气温比现在低了6 ℃。而在24至21亿年前的古元古代,地球更是冷到极致。当时,赤道和海洋也被冰雪覆盖,整个地球被冻成了一个大雪球,这就是休伦冰河时期。

  

  同时,还有一种致命“毒气”扩散到全球,彻底改变了地球生命的进化历程。那么,这场气候剧变是怎么引起的呢?地球后来还发生过此类严重的冰河时期事件吗?

  这还要从地球生命的演化说起。早在40多亿年前的原始海洋中,进化出了最早的生命。在随后漫长的数十亿年里,地球生命形式都是十分原始的单细胞生物。早期地球大气中基本上不存在氧气,主要成分为氮气、二氧化碳和甲烷,那时的生命都是厌氧生命。

  

  到了24亿年前,蓝藻出现在地球上,这种细菌彻底改变了地球的生态系统。蓝藻吸收二氧化碳和太阳光,通过光合作用产生能量,同时还会排放出一种废气——氧气,这种细菌是地球上最早的光合放氧生物。当时陆地上并没有任何植物,大地一片荒凉。

  虽然目前绝大部分的地球生命都离不开氧气,但早期地球生命都是生活在无氧的环境中,氧气对于它们来说就是一种致命的“毒气”。随着蓝藻的大规模繁殖,大量的氧气被释放到大气中,并且扩散到全球,使得大气中的氧气浓度急剧升高,这就是著名的大氧化事件。

  

  沉积岩中存在着大氧化事件的关键证据。地质学家分析了一处25亿年前的沉积岩,发现其中包含铀矿和黄铁矿,主要成分为二氧化铀(UO2)和二硫化铁(FeS2),这意味着当时地球大气中几乎没有氧气,否则铀和铁都会被进一步氧化为高价的状态。

  然而,在铀矿和黄铁矿之上的更年轻沉积岩中,低价的铀和铁消失,取而代之的是出现了红色的砂岩,其中包含了三氧化二铁。铁已经被氧化成+3价,这意味着后来的氧气浓度突然陡增。

  

  大氧化事件对于绝大多数厌氧生物是灭顶之灾,地球生命经历了一次重大洗牌。不仅如此,这次事件还导致地球经历了最为严重的一次冰河时期,持续3亿年,地球陷入了“雪球地球”模式。当然,在那3亿年期间,并不是每天都在下大雪,而是那时地球异常寒冷。

  大气中的甲烷和二氧化碳都是温室气体,前者的温室效应是后者的30倍,它们就像盖在地球上方的大棉被一样,让地表保持温暖。然而,由于蓝藻制造出了大量的氧气,导致甲烷不断被氧化成二氧化碳和水,它们成了微量气体。

  

  同时,蓝藻的光合作用还消耗了大量的二氧化。于是,缺乏温室气体的地球开始降温了。不过,科学家推测,大氧化事件只是其中一个主要诱因。如果只是这个原因,地球不可能会遭受如此严重的冰河时期。

  研究表明,当时的火山不知何故陷入了死寂。在2.5亿年的时间里,鲜少有火山喷发,所以进入大气中的二氧化碳会大幅减少,原本火山活动会向大气中释放出大量的二氧化碳。

  

  此外,当时的太阳也要比现在冷,地球接收到的太阳辐射也会更少。因为早期太阳的核心大都是较轻的氢,引力作用较弱,核聚变反应速率较低,每秒产生的能量也会更少。随着太阳核心积累越来越多的氦,核聚变反应速率不断加快,太阳变得越来越热。24亿年前,太阳的辐射强度约为现在的85%。

  综合以上多种原因,全球气温大幅度下降,开始了持续长达3亿年的休伦冰河时期,全球气温降至-50 ℃,就连赤道都被冰封,整个地球变成了一个大雪球。在7亿年前,地球也陷入了雪球地球模式,但持续时间只有2000万年。

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