第六篇 雪球地球
上文书说到，7.5亿年的时候，罗迪尼亚超大陆发生的裂解，随之而来的又是一个翻天覆地的变化。之后的两亿年里，地球上发生了两件大事，一个是雪球事件，另一个是出现了埃迪卡拉动物群。
雪球事件
雪球事件，又称为雪球地球事件（Snowball Earth），一般指的是在新元古代（10~5.4亿年）中后期，全球（包括陆地和海洋）被冰雪覆盖的一个巨大事件。一般认为，这个事件大约发生在7.5~6亿年之间，又可以分为两个次级冰期，分别称为Sturtian冰期和Marinoan冰期。但是，这两个冰期具体开始和结束的时间，现在还没有非常准确的给定，一些人认为Sturtian冰期大致发生在7.2~7.1亿年左右，而Marinoan冰期可能开始于6.6亿年之后，结束于6.4亿年[1~2]。
在那个时候，太阳比现在要暗6%左右，这使得地球接收的太阳辐射能比较低；雪球来临，地球的平均温度可能低至-50℃，赤道的温度可能为-20℃，和现在的南极差不多；地球上几乎是白茫茫的一片，从两极一直到赤道，自行脑补南极的情况；没有了海洋的缓冲，地表的昼夜和四季温差可能很大；而且，随着厚度的增大，冰川开始流动，在全球范围内形成了大量才冰川沉积物（比如冰川漂砾、冰碛岩和冰携碎屑沉积等）。[3]
说到这里，自然而然的就要问，怎么知道地球在那个时候全球都被冰雪覆盖了呢？
在回答这个问题之前，就要说一些题外话了。我们知道，地质学家通过研究岩石来推测地质历史时期地球上可能发生的故事，一层一层的岩石在默默地诉说着它们亲历的沧桑。如果你在野外看到了沉积岩，就基本可以推测在这些沉积岩发生沉积的时候，这里是一片水域（海洋、湖泊、河流等）。如果你看到的是颗粒很粗的砂岩，就可以知道，那个时候的水环境是比较动荡的，可能是在海水很浅、易受到海浪的冲刷拍打的地方。而如果你看到的是颗粒很细的泥岩或页岩，就说明那个时候这里的水动力很弱，所处的位置海水比较深，海浪影响较小。
距离海岸由远及近，沉积环境发生变化，岩性依次变化。而且，沉积环境会随着海平面的升降而变化，从而形成沉积旋回。图中的每一种颜色可认为表示某一特定环境中形成的岩石。 From uib.no
不同的沉积岩代表了不同的沉积环境，不同的沉积环境可以形成相应的沉积岩。冰川发育的时候，就会形成“具有冰川特色的”沉积岩。从上面的图中我们知道，靠近海岸的地方和远离海岸的地方形成的岩石是不一样的，比如近海岸形成的是砂岩（或砾岩），其颗粒较粗，而远离海岸的地方是泥岩（或页岩），其颗粒较细。这是因为越远离海岸，海水越深，海底水动力越弱，能够搬运的泥沙粒度会越来越小，所形成的沉积岩就会发生变化。通俗来说，就是物以类聚，粗的归粗的，细的归细的。细粒的泥岩（或灰岩）中一般不会有较大的砾石。如果反常的话，就有故事要讲了。现在我们就讲讲这个神奇的故事。
在新元古代的时候，全球范围内大规模的出现了这种异常，在颗粒很细的沉积岩中夹杂了很多的砾石，这种岩石就叫叫做冰碛岩。这种沉积岩是冰川发育的最好证据。为什么这样说呢？在远离海岸的地区，正常的水动力是不能把很大的砾石搬过来的，就只能借助其他 “交通工具”。这个工具就是冰川。当冰川积累到一定厚度的时候，就要流动了。冰川的能量是很大的，具有开山凿谷的本领。在流动的过程中，会大量剥蚀沿途的岩石，并将大大小小的石块裹挟进来，带到远处。如果冰川进入海洋，并随海水漂流到深水区，融化之后，它裹挟的碎石块就会沉到海底，落入细粒的沉积物里边，形成冰碛岩。这种岩石非常的典型，目前所知的地质作用中，还没有其他过程能形成这种岩石。
更重要的是，不仅在全球范围内发现了这些冰碛岩，而且通过古地磁的研究（具体见第五篇），发现这些沉积物居然形成于赤道附近的低纬度地区[5]。我们知道，现在的赤道周围是不可能有大规模冰川的，两极的浮冰也不可能飘到赤道。那么可能性就是那个时候地球上足够冷，使得赤道地区都大规模发育了冰川。所以，那个时候冰雪可能覆盖了全球，地球成了一个冰封的世界。
为什么雪球地球？
为什么呢？这个又得从二氧化碳（CO2）说起了，但是在说CO2之前，又要先说到罗迪尼亚超大陆的裂解了。
我们知道，在一个比较大的大陆内部，由于距离海洋很远，水汽很难到达，会比较干旱，比如现在亚欧大陆上的中亚地区，这被称为大陆性干旱。罗迪尼亚超大陆裂解之前，其内部又由于远离海洋，是处在干旱状态的。干旱地区的一个特点就是风化作用（尤其是化学风化和生物风化）比较弱。而岩石的风化其实是一个要消耗CO2的过程。所以，当超大陆裂解，内陆地区距离海洋变近了之后，降雨增多，就会导致风化作用加剧，消耗大量的CO2 [7]。风化过程中，CO2变成了离子（碳酸根或碳酸氢根离子），被运输到海洋中，并与钙离子结合，以碳酸盐的形式沉积下来形成灰岩。这样，空气中的CO2就被固定下来，不能再影响气候。另一方面，伴随着超大陆的裂解，大量的玄武岩喷发到地表，而这种岩石又极易风化，消耗大量的CO2。这两个过程共同导致了大气中的CO2的含量快速降低[7]。这个过程可能还有蓝细菌或古藻类的参与。这整个过程就叫做“硅酸盐风化（Silicate Weathering）”。而且，因为冰雪的反射率要大于岩石、土壤等，所以，在地球被冰雪覆盖期间，更多的太阳光被反射回太空，造成了地球接收的太阳能更少，这就使得温度更低，冰川进一步发展，逐步从两极蔓延，直至赤道。
然后它又是怎么消失的呢？这个，还得从CO2这货说起了。空气中二氧化碳的一个重要来源就是火山活动，即火山喷发会将地下（地幔）中的CO2带到大气中。而风化作用又和温度、空气水含量有关，温暖湿润的环境有利于岩石风化，从而消耗大量的CO2，而寒冷干旱的环境不利于风化，CO2消耗速率缓慢。当温度降低，冰雪逐步覆盖地球表面的时候，气候也变得十分的干燥，岩石的风化速率也在慢慢地降低。而岩浆还在不断地喷发，带出来大量CO2，这又使CO2含量逐步升高，温室效应慢慢增强。在上文中提到，地球表面因冰雪覆盖导致大量的太阳光辐射的能量被反射进入太空，这种机制会使地球继续降温或保持低温。这两种机制分别相当于汽车的刹车和油门，当汽车加足马力冲向深渊的时候，刹车并不足以马上制动，阻止这种行为。但万幸的是，刹车最终还是发挥了作用，地球又活了过来。
CO2逐步地积累，温室效应逐渐增强；火山喷发出来的火山灰覆盖在冰雪表面，降低了其反射率；当温度达到了冰雪的熔点，融化的暗色雪水也起到了和火山灰相同的作用。慢慢地这些作用占据了主导地位，最终使得地表的冰雪开始剧烈地消融。整个过程可能持续了不到2000年[8]。
冰雪消融的早期，大气中的二氧化碳含量可能是相当高的。随着温度的升高，冰雪的消融，气候也变得湿润，越来越多岩石暴漏出来，这也加强了风化作用。大量的CO2又变成碳酸盐（主要是灰岩），被封存起来，最终使其含量维持在正常的水平。[9]
要交待的是，现在对于雪球假说还有非常大的争议，比如大洋是否被完全覆盖？全球的冰川是同时的吗？乃至也有人说这个雪球根本就不存在。现在地质学界的主流观点还是比较认同雪球假设，但是对于诸多的细节还学要详细的研究。
参考：
[1]黄晶等；2007；新元古代冰期及其年代；储雪蕾 and 张启锐 and 冯连君；地学前缘（14）249-256
[2]http://www.snowballearth.org/when.html
[3]http://www.snowballearth.org/what.html
[4] Hoffmanet.al.；2002；The snowball Earth hypothesis:testing the limits of global change；Terra Nova（14）129-155
[5] Evans D.；2000；Stratigraphic, geochronological, andpaleomagnetic constraints upon the Neoproterozoic climatic paradox；AmericanJournal of Science（300）347–433
[6] FairchildI.J. & Kennedy M.J；2007；Neoproterozoic glaciation in theEarth System；Journalof the Geological Society；164（5）895-921
[7] DonnadieuY.；2004；A ‘snowball Earth’climatetriggered by continental break-up through changes in runoff；Nature（428）303-306
[8] http://www.snowballearth.org/end.html
[9] HigginsJ.A. & Schrag D.P.；2003；Aftermath of a snowball Earth；Geochemistry,Geophysics, Geosystems（4）
PS：尼玛，这篇写的真累。。本来打算在这篇写完雪球事件和随后的泛大陆的，但是发现做不到啊。我不想只是交待一个事件，不说明一下它的来龙去脉。但是说明的结果就是越写越长了。原打算这个系列一共要写9~10篇的，但现在至少要12篇呐。想到这些就觉得心中有一万只羊驼奔腾而过呀。。。求安慰
再，这次改名了，但是觉得不好啊，求起名。。。另，求拍砖挑错。
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