超级大陆的裂解曾使地球变成了“雪球”

地学演绎 莫如波 2004.5.13

  前言：太阳系在银河系中的运行，在595、280、-8±4MaB.P运行至近银心点，相应地在650～590、350～270MaB.P和第四纪分别出现了全球性的大冰期。但除此之外，在太阳系运行至远银心点的时候也出现了规模稍小的冰期，对此解释，大冰期形成的银河周期假说就变得困难。太阳系运行至远银心点的时间是在750、440、136MaB.P，而规模稍小的冰期则分别约出现在740、440、140MaB.P。震旦纪以来全球气候变化曲线如图三，显生宙全球古地理气候变化情况见系列图，太阳系运行轨迹与大冰期出现 如示意图。通过分析对比还发现，750MaB.P和150MaB.P，分别为罗迪尼亚超级大陆和联合古陆的裂解期，这又可能与地球自转的加速及地幔对流的加剧有关。近期有研究者推测，在440MaB.P，是一颗距地球约1万光年的超新星爆发导致了奥陶纪生命的大灭绝和冰期的形成>>>，有的认为则不然>>>。

  在2004年3月18日出版的英国《自然》周刊上，发表了法国科学家的研究报告，认为超级大陆的裂解曾让地球变成了“雪球”。该报告指出，5.5亿至8亿年前的地球表面至少曾发生过两次“雪球”事件。当时，地球陆地上布满冰层、海水结冰直到赤道，使这个行星成了白色地狱，时间达数百万年之久。[1]

  对这些漫长大冰期的产生原因，众说纷纭，法国科学家最近的研究揭露了一个极少被人探究的问题：大陆块的裂解是如何引发了一场一发不可收拾的“冰室”效应 ？[1]

  当时，地球上所有的大陆还连在一起，是一块被称作“罗迪尼亚”的超级大陆。有地质学家认为，1000～850MaB.P是Rodinia超级大陆的形成时期，而800～500MaB.P为超级大陆的裂解期[2]；Powell等利用古地磁数据推测Rodinia的解体大约发生在720MaB.P[4]。当时，北美洲位于罗迪尼亚的中心，北美东岸紧连着南美的西岸，而北美的西岸则连接着澳洲大陆与南极洲。罗迪尼亚大约在750MaB.P裂成两半，打开了古大洋(Panthalassic Ocean)。北美洲往南向着冰雪覆盖的南极旋转。罗迪尼亚的北半部基本上包括了：南极大陆(Antarctica)、澳洲(Australia)、印度(India)、阿拉伯(Arabia)以及中国的部份大陆碎块(North China，South China)，其以逆时针的方向旋转，向北穿越严寒的北极；介于分成两半的罗迪尼亚大陆之间的是第三大陆-刚果地盾(Congo),它组成了中、北非洲的大部分。[5]

  超级大陆存在期间，由于它的面积太大，海风带来的雨水无法进入大陆的内部。后来，当“罗迪尼亚”分裂，变成几个较小的陆块后，降雨模式就出现了极大的改变。大规模火山爆发形成了玄武岩，雨水降落在上面，引发了水和硅酸钙之间的化学反应，同时形成碳酸钙过程吸收了空气中的二氧化碳，然后随水被冲刷到海里。[1]

  二氧化碳是大气层中著名的"温室"气体，像个无形的屏障，把更多的太阳热量储存于陆地、海洋和大气之间，无法反射回太空。由燃烧化石燃料(如煤和石油、天然气等)释放出的二氧化碳，被认为是目前地球变暖的罪魁祸首[1]。地史时期，根据美国地质学家伯纳尔的计算，距今5.7亿年前的寒武纪开始时，空气中二氧化碳的浓度水平是现今的两倍，寒武纪结束时，曾一度上升到当今的18倍，距今3亿年前的石炭纪时，二氧化碳含量下降到现在的一倍多，到距今一亿年前的白垩纪中期时，二氧化碳的浓度水平又上升到当今的5到6倍。[6] 近十几年大气中二氧化碳浓度约为360ppm，地表平均气温约为15.4℃。地球表面的气温与大气中二氧化碳的浓度呈正相关，震旦纪以来全球气候变化曲线如右图（源于英文古地图网站)。

  法国国家科学研究中心气候与环境科学研究室的唐纳迪欧运用计算机运算模型推断出，硅酸盐岩石的风化作用使空气中的二氧化碳浓度降低，温度下降得很可怕。根据计算机模拟，约在8亿年前,“罗迪尼亚”还没分裂时，大气中二氧化碳的浓度大约是1830ppm，全球平均气温是10.8℃，地球温度在冰点以下的地区扩大到南北纬60度附近。到“罗迪尼亚”在5千万年后分裂时，情形发生了变化，二氧化碳的浓度为510ppm，地球平均气温下降至严寒的2℃，气温低至冰点的地区向中纬度扩展，到达南北纬45至40度间。[1]

  研究人员说，在新元古代，地壳的变动可能引发了由“温室”到“冰室”的气候演变，加上岩石和雨水的反应，计算机模拟的结果是一场“一发不可收拾的冰河作用”。导致地球迅速进入冰河时期的是地球表面的“反射现象”,冰雪的雪白表面会反射而非吸收阳光，因此，当地表被冰雪覆盖得越多，温度下降得就越快。[1]

  文 摘 来 源 ：

[1].法国科学家：超大陆分离曾让地球变成“雪球”

[2].华北中新元古代及早古生代地震灾变事件及与Rodinia的关系.科 学通报.Vol.44.No.16.1999

[3].陆松年.从31届国际地质大会分析前寒武纪质研究进展和走向.地质论评.2001.第47卷.第1期

[4].古地圖Paleomap（http://www.scotese.com）

[5].美研究地质时期大气中的CO2的浓度.科学报.1992.7.24

  新元古代以来气候变化曲线 (http://www.scotese.com/climate.htm 2015年更新过的气候曲线)