事实如此浪漫

冰川可能覆盖了整个地球——两次

这个故事最初是由可知的杂志。

古代岩石表明,冰层至少有两次完全覆盖了我们的星球。这些事件可能有助于解释随后出现的复杂生命。 图片插图由pryzmat / Shutterstock

T他的地球已经忍受了45亿年历史上的许多变化,有一些动荡的曲折和沿途。当科学家认为冰时,一个特别戏剧性的集会似乎达到了7亿和600万年之间窒息整个地球,从两极到赤道,连续两次。

根据多个大陆的证据,科学家们说,这些雪球地球事件可能为寒武纪生命大爆发随后,复杂的多细胞生物开始多样化并在地球上扩散。

当加州理工学院的地质学家乔·基尔施文克创造了这个术语雪球地球1989年,一些地质学家、气候物理学家和行星化学家几十年来一直在思考的想法被融合在一起,许多地球科学家怀疑这些灾难性事件是否真的发生过。但随着越来越多的证据支持这一理论,以及有助于确定事件发生时间的新数据,越来越多的科学家对这一想法产生了兴趣。

保罗·霍夫曼是,在不列颠哥伦比亚省维多利亚大学的地质学家,在过去的25年里帮助了先锋雪球地球研究。除其他事物之外,他在纳米比亚散发了50个月的杀灭实地,在那里他收集了岩石中古老的冰川活动的证据,这些岩石是石灰石穿插的。由于石灰石倾向于在海洋的最温暖的部分形成,这种类似的样子支持冰川在雪球地球发作期间覆盖了所有地球,寒冷以及温暖的斑点的想法。可知采访了霍夫曼,他讲述了他一生的工作地球与行星科学年度回顾关于“雪地球”理论的演变,还有哪些问题有待解决。为了篇幅和清晰度,本文经过了编辑。

Snowologist:77岁的保罗·霍夫曼说,他仍在纳米比亚从事野外工作。“这是一个巨大而迷人的问题,”他说。“很难把自己抽离。” 插图:James Provost / Creative Commons


雪球地球时期地球是什么样子的?

该名称描述了外部空间的外观 - 闪闪发光的白色球。冰面大多数涂有霜和微小的冰晶,沉淀出冷的干燥空气,远远低于无处不在。大纬度强烈风吹过低纬度。在浮动冰架下面,潮汐和一流的海洋被潮汐和湍流漩涡慢慢地从海底进入的地热热产生。

是什么让地质学家有了雪球地球的可能?

地质学家们正努力理解他们在地质记录中看到的东西——在第一次复杂生命出现之前不久,就有确凿的证据表明,即使在地球上最温暖的地区也存在冰川作用。地质学家很难理解这是怎么回事。

研究这一问题的大多数地质学家现在都接受斯诺鲍假说。

冰川留下的沉积物非常独特。它们看起来就像从水泥卡车里倒出来的水泥。这些雪球冰原会从大陆流向海洋,所以我们在海洋环境中形成了很多沉积物,在那里你会得到所谓的坠石:不合适的鹅卵石或大卵石。你经常会看到与撞击有关的结构,就好像石头不知怎么掉了下来,然后掉进了下面的沉积物中。很难想象,除了漂浮的冰,还有什么可能把这些碎片运走;树还没有进化出来,它们的根可以把泥土和石头带到海里。

海底拥抱:来自纳米比亚的冰川坠石,岩石中可追溯到第二个雪球地球。这块石头很可能是由一个漂浮的冰架携带和扔下来的,当它掉到下面的海底沉积物中时,这些沉积物折叠在它周围。(佩妮展示尺寸。) 保罗·霍夫曼

你是怎么开始研究雪地球的?

早在我对这个问题感兴趣之前,我就已经知道这个假设了。加州理工学院的Joe Kirschvink在1989年他有了这个想法几个月后告诉了我,但当时他再也没做过什么。我喜欢它,因为我喜欢想法,但有一个可信度的差距,所以在我们的工作之前,这个假设是休眠的。

最大的问题是,由于地球历史中的任何其他时间都有如此不同,我们不了解假设的影响足以知道是否有任何特定的地质证据是为了或反对它。我们必须有气候模型来看看雪球条件下实际发生的事情,而且在后面开发的建模是非常重要的。

我的主要贡献是证明了这是一个可信的科学假设,通过论证,来自地球科学的不同学科,有很多地质证据与预测一致。正如我经常说的,新的想法或假设就像小孩子一样:最好不要太早对它们作出判断,因为你不知道它们长大后会是什么样子。很多时候,新思想的问题不是它们是错误的,而是它们是不完整的。

是什么导致了地球上的冰川失控增长?

这就是“为什么”的问题,这可能是最难的一个。我认为在这一点上没有共识。这其中有很多因素,我们可以从两个方面来看待这个问题。首先,造成气候变冷的一般条件是什么,从而使地球更容易受到这种失控的冰增长现象的影响?那是什么触发了它的边缘呢?

雪球地球窥探:2002年,地质学家盖伦·霍尔沃森(现在在麦吉尔大学)和马修·赫特根(现在在西北大学)在与保罗·霍夫曼进行实地考察时,在挪威斯瓦尔巴特群岛东北部的一个山坡上收集了碳酸盐岩石。碳酸盐岩直接位于第二次雪地球事件的冰川沉积物之上。这种碳酸盐岩(只在海洋的温暖部分形成)和冰川岩石的并列支持了“雪地球”时期冰覆盖了整个地球的理论。 保罗·霍夫曼

当雪球事件发生时,超大陆罗迪尼亚正在进行分手。超大宽度是所有大陆在一个组中聚集在一起的状态。人们认为有一个联系的原因是,有一个超大陆的分手会增加大陆区域的降雨,这会增加石斑石的风化。岩石的风化实际上消耗了二氧化碳,因此将导致大气中的二氧化碳较少,因此较冷的气候。

至于究竟是什么直接引发了这次火山爆发,近年来人们的注意力都集中在一系列非常大规模的火山喷发上,这些火山喷发发生在现在加拿大的北极高纬度地区。这些喷发大约发生在7.17亿年前和7.19亿年前。当火山喷涌时——熔岩从一个地方喷出,持续数周或数月——由于熔岩的加热作用,大气中会有一股强烈的热气上涌。这些上升流可以将硫气溶胶抛入平流层,在那里停留相当长的时间。这些硫气体粒子反射入射的太阳辐射,并有很强的冷却效果。由于这些火山爆发和第一次也是两次雪地球中时间较长的一次爆发之间的时间巧合,人们推测这可能是直接的触发因素。

雪球地球上的生命是什么样子的?由于冰的增长失控,地球上的生命发生了怎样的变化?

肯定有细菌,还有藻类和单细胞原语,或原始动物。

也有证据表明,最早的多细胞动物起源于这个时期,可能是海绵之类的东西。为什么呢?这只是猜测:关于这个问题有很多想法,但它们很难验证。一个想法是,雪球地球生态系统可能已经从一个另一个更加孤立,这可能是一个情况,这将有利于发展新形式的生命,尤其是altruistic-ones的生命形式的细胞,发现有一个优势单独在一起工作,而不是工作。因此,不同生态系统的更多隔离可能会让某些生态系统有更高比例的多细胞利他主义者建立一个立足点。

很多时候,新思想的问题不是它们是错误的,而是它们是不完整的。

其他地质学家如何接受雪球理论?

我低估了情绪化的人会搞定,以及如何结婚的人是如何实现地球从未真正与今天大大不同的想法。在19世纪,人们难以相信北欧大部分和北美的大部分都是被冰原覆盖只有20,000年前。这对19世纪的地质学家来接受这是雪球地球一直是20世纪的地质学家。

很长一段时间以来,我们有很多证据表明在低纬度和地球上最温暖的地区存在冰川作用,但我们对这些事件的日期并没有很好地了解。这有点尴尬。但在2010年至2014年间,情况发生了巨大变化。我们现在通过两种不同的年代测定技术得到了相当精确的估计,令人印象深刻的是,它们给出了高度一致的结果。锻炼时间尺度已经导致大多数地质学家致力于现在接受雪球假设的问题。

多年来出现了其他理论,包括所谓的雪球理论——雪地球的一个不那么极端的版本。确定日期如何有助于理清这些不同的理论呢?

在Slishball情景中,二氧化碳将开始迅速地建立,因此冰川将是短暂的,冰会逐渐退缩。这不是我们在地质记录中所看到的。我们现在知道第一个雪球持续了5800万年,这与斯洛斯巴球的想法完全不一致。此外,我们看到雪球冰雹终止突然突然,然后清除完整且突然的气候逆转的证据,这是一个非常热门的时期。这不是由斯洛巴球模型解释的。

我不认为有任何其他的选择来满足证据。

我在另一种生活中是海底霍夫曼花了50个月的时间在纳米比亚的沙漠山脉收集雪球地球的证据。这里展示的景观是由一个古老的海底点缀着坠石——研究人员认为这些石头是由漂浮在海上的冰携带的。 保罗·霍夫曼

关于雪地球还有什么问题吗?

婚约产生了一系列新的问题。年代测定揭示了一件事,那就是两个雪球地球发生在快速的连续过程中,而且持续时间非常不均匀。第一个持续了5800万年而第二次只持续了500万到1500万年。所以我们不知道为什么冰川作用持续的时间会有这么大的差异。为什么两者之间只有这么短的间隔呢?只有大约1000万年没有冰的时候地球突然又回到了雪球地球。那么,为什么会出现两种情况呢?为什么没有第三个或第四个呢?这些是由于我们对时机的理解而产生的新问题。

雪球地球会回来吗?

我不认为我们处于一个非常有利的位置来判断未来是否有可能发生这种情况。未来是很长的时间。我们可以说,在未来的几万年里,它不会发生。

为什么要研究地球历史?

我们星球的历史是最伟大的故事之一。因为我们生活在这里,依赖于这个地方,所以理解地球并非一直是今天的样子是非常重要的。雪球地球是地球经历过的各种令人惊奇的事情的一个例子,如果我们不调查地质记录,我们永远不会怀疑。

与“雪地球”打交道真是太棒了——这是我一生中最深刻的学习经历,我从未预料到它会在我的有生之年被接受。

25年了,你还在做吗?

作为一个77岁的老人,我仍然在纳米比亚做野外工作。这是一个巨大而迷人的问题。很难把自己抽离。

Laura Poppick是缅因州波特兰的自由职业者科学记者 - 一个有时感觉像大雪球的地方。在新闻事业之前,她在普林斯顿大学的实验室工作,学习雪球地球岩石。推特:@laupoppick。

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