互动科普

从前，厚达千米的冰吞没了整个地球。一道道冰山遍及几乎没有生物的块块大陆，海冰封住了片片大洋，甚至热带地区也是这样。对此酷寒，地球只有个办法——等待火山喷发出足够的热捕集二氧化碳，以造成决定性的温室效应。接踵而来的是酷热，它不仅融化了冰山，还炙烤着整个地球。

3年以前，哈佛大学的一组研究人员提出了种关于地球气候大变化可能原因的革命性观点，即所谓的“雪球地球假说”。从那时起，科学家们一直在热烈争论上述气候现象的细节。在距今7.5亿年至5.8亿年间所谓的新元古代时期，上述气候现象发生了4次。然而，至今仍不清楚地球当初是怎样突然进入这种雪球或冰期的。如今，最早提出雪球地球假说的学者提出了上述气候现象的肇事者——甲烷依赖。

今年6月，在爱丁堡举行的一次科学会议上，地球化学家Daniel P. Schrag描述了甲烷依赖的情况：在第一次雪球事件之前，古地球是靠甲烷——作用力比二氧化碳强60倍的温室气体——来保持温暖的。当海床中的大量冰状甲烷水合物沉积物由于某种原因而变得不稳定时，甲烷就开始缓慢地漏泄到地球大气中。结果，二氧化碳在地球大气中的含量下降，而甲烷就成了地球上最主要的温室气体。

地球依赖于甲烷的麻烦在于，这种气体在富氧的大气中会很快消散。由于甲烷漏泄中断，地球急需温室气体，而地球气候则在火山喷发出足够的二氧化碳来补偿失去的甲烷之前，沦入了酷寒期。“我没有把握完全接受这一观点——它令人难以容忍，”在描述结束时，Schrag承认道，“然而，只有这种观点才能解释冰川现象出现前的碳同位素值下降。”

这种异乎寻常的碳同位素值下降已被记录在混合层地下的岩石中，混合层是由几次雪球事件带来的冰川沉积下来的。然而，尽管甲烷依赖说引起了人们的极大兴趣，但它还是给与会听众留下了许多疑问。

马里兰大学地球化学家Alan Kaufman首先测定了碳同位素值的下降，他指出，海洋生物繁殖力的显著降低也会导致碳同位素值降低，并在100万年左右的时间内保持在低水平上。然而，根据对上述岩石的沉积率的估计，Schrag和其他研究人员认为，碳同位素值降低应发生在较短的时间内。此外，Kaufman也持怀疑态度：“我们没有任何办法来观察岩石记录和了解甲烷的累积情况。”

“年代如此久远的东西都很难检测，”Schrag如此说道。然而，你还是可以在那些时间可能较为确定的地方寻找降低的碳同位素值，他又说道。几位研究人员已对比了纳米比亚、澳大利亚、加利福尼亚、加拿大和北极的斯瓦尔巴群岛的新元古代时期岩石的碳同位素值。虽然存在着年代都还没有得到分析。看来雪球地球的可能肇事者就像事件本身的细节一样多有争论。 

遥远往昔令人迷惑的线索

有关地球古大气化学成分的信息有时可从捕集在岩石中的细菌遗迹中得到。例如，如果嗜甲烷细菌化石的数量大的异常，那么科学家们就有理由认为，当时的地球大气富含这种特殊的气体。然而，雪球地球时期的岩石已历经热和压力的变化。这些变化很久以前就摧毁了所有的生物细胞。

【郑小石/译 徐斌/校】