地球史上的漫漫冰期

朱廣思

《慶余年》是2019年的現象級熱劇，這部劇看似是古裝穿越劇，但卻有著科幻內核。劇中“當下”的慶國（劇中主要故事發生的地點）處于人類世界被冰河期毀滅之后的新生階段，女性角色葉輕眉是從冰封中醒來的，男主角范閑是被注入記憶的產物，所以擁有關于21世紀的記憶。那么，作為劇中重要設定的冰河期到底是什么樣的？冰河期是怎么形成的呢？

地球上第一個大冰期

冰河期，又叫冰期、冰川期，是地球表面覆蓋大規模冰川的地質時期。地球歷史上曾經出現過4次超大冰期：休倫冰期、瓦蘭吉爾冰期、安第薩哈拉冰期、卡魯冰期。大冰期的時間尺度至少數百萬年，此外還有數不勝數的小冰期。其中最持久的一次，也是最早的一次，就是休倫冰期。

冰川期的地球

休倫冰期，又叫第一次“雪球地球”事件，出現于24億年前到21億年前，沒錯，地球被冰凍了2億～3億年，差點就把剛剛出現的原始生物徹底滅絕。我們都知道，同等材質的物體顏色越深，越容易吸收熱量，而白色吸熱量最少。由于地球被凍成了一個白色雪球，地球反射陽光的量越來越大，使得整個地球系統獲得的太陽能愈來愈少。此外，當時地球的大氣層幾乎沒有二氧化碳之類的溫室氣體，所以地球的這次冰期持續了很久。但你可能沒想到，最后“破冰”的不是太陽，而是地球自己的“內力”—由于冰川的擠壓，地球內部的巖漿按捺不住，噴涌而出，大量二氧化碳被送入大氣層，地球開始變暖，逐漸走出冰期。

藍藻

猛犸復原圖

冰期的成因是什么

造成第一次大冰期的“罪魁禍首”是一種今天仍然存在的細菌—藍藻。藍藻是一種結構簡單的單細胞生物，是目前我們知道的最早能進行光合作用的生物體。雖然被大家稱為“藻”，但它并不屬于植物中的藻類，它和其他細菌一樣屬于原核生物，因此還是叫藍細菌比較合適。

距今38億年前，最早的生命出現在海洋之中，由于當時大氣中氧氣含量極低，所以那時候還沒有需要吸收氧氣的生物，早期生物都是一些厭氧細菌。它們靠攝取一些有機物分子為生，甚至可以靠硫酸鹽、鐵鹽等簡單的化學物質就能活下來。但是萬萬沒想到，34億年前出現了藍細菌，它還學會了光合作用這一“逆天技能”—吸收二氧化碳產生氧氣。但是在藍細菌出現早期，由于地球上還有很多可以氧化的還原性物質，比如海水中的亞鐵離子，所以藍細菌產生的氧消耗掉早期地球上的還原性物質共用了近10億年。到距今24.5億年前，海洋里所有的亞鐵離子都已經被氧化，游離的氧終于釋放出來，并在海洋和大氣中積累。

從24.5億年前到18.5億年前，大氣中的氧氣濃度從0.02%上升到了4%，這就是地質史上著名的大氧化事件。在這一時期，大量的厭氧生物被氧氣殺死，從此那些厭氧的古細菌只能躲在缺氧的環境中茍活，如在熱泉水、缺氧湖底、鹽水湖、高酸堿度水體、海底火山口等極端環境中。

大氧化事件之后，休倫冰期降臨地球。當時，大氣中的主要溫室氣體是二氧化碳和甲烷，藍細菌吸收了二氧化碳，釋放的氧氣又把甲烷氧化，于是溫室氣體越來越少，地球急劇降溫，凍成了一個雪球。此時，地球進入休倫冰期，這是地質史上第一次持續最久也是殺死生物最多的冰期。對比之下，人類祖先和猛犸一起趕上的那場冰期真是小巫見大巫了。

進入休倫冰期以后，雖然太陽光度的周期變化也會影響地球的氣候，但是由于實在太遠，太陽的溫度變化也不大，因此對地球影響很有限。其實，歷史上的地球冰期都有相似的“套路”：首先，看似人畜無害的生物讓地球的溫室氣體減少，然后進入冰期，生物被凍死之后，又進入下一個比較溫暖的間冰期;溫暖的時候，生物也大量繁殖，搶占水體中的氧氣，導致大量其他生物死亡;死去的生物成為肥料供其生長，最終再度吸收大量二氧化碳，讓地球再度變冷。所以，對于地球來說，含氧量不是越高越好，而是恰當就行。不過凡事都有兩面，如果不是水中含氧量降低，便也不會逼迫一部分魚類登陸，從而進化成今天的人類。

下一次大冰期何時到來

我們還會遇到大冰期嗎？這個問題其實本身就有些問題，因為從更大的時間尺度上看人類現在就正處于一個大冰期之中—晚新生代大冰期，也是地球歷史上距今最近的一次大冰期。大約在8000～10000年前，全球又普遍轉暖，大量冰川和冰蓋消失或收縮，地球進入冰后期。但是，各個大陸的冰川和冰蓋并未完全消失。雖然很多證據都是我們現在可以直接看到的，但由于線索眾多，對于這次大冰期，學術界至今沒有一個明確的細節劃分。有德國學者認為其中包含4次小冰期和3次間冰期。中國地質學家李四光也認為包含4個冰期，但是由于觀測點都在中國，因此劃分方法和外國研究者不同，包含鄱陽冰期、大姑山冰期、廬山冰期以及大理冰期。

美國密歇根州北部麥基納克島形成于冰期的拱形巖石

花崗巖基巖中的冰川溝槽，是冰期留下的遺產

但是，并不是所有的氣候變冷都和冰期有關，例如20世紀70年代北半球的低溫時段（南半球為高溫時段），中國大部分地區處于低溫少雨時段。究其原因，20世紀70年代是地球自轉的慢段，是太陽黑子的相對低值時段，也是中國大陸地震多發的時段，這些特點均與小冰期相似，但是科學家已經證明，這段氣候變化并不屬于小冰期。

擔心冰期會毀滅人類還為時尚早，目前人類的活動并不會讓地球的溫度出現劇烈而持續的變化。與其去猜測下一個未知的地球毀滅時間點，還不如腳踏實地設計更有效的應對舉措。雖然冰期時不時會干擾到地球氣候，但是按照目前人類的科技水平，在寒冷中生存下來，保持種族的延續，還是不成問題的。