6亿年前的雪球地球，冰川蔓延到赤道，气温低至-50℃，原因成谜
前言：今天的地球，已经越来越热，二氧化碳浓度达到新高，全球不断变暖。不过，地球并不是始终这么热的，它曾经也有过一段非常寒冷的时期。这段寒冷的时期不是你以为的冰河期，而是比冰河期还要严峻，那就是地球的雪球期。
（图片说明：地球的冰川期）
极寒！地球的雪球期
雪球地球是上个世纪提出的概念，指的是地球在距今6-7亿年之前出现过的一次极其漫长的时期内两次极寒事件，分别是斯图特（Sturtian）冰期和马里诺（Marinoan）冰期。
雪球地球的持续时间目前学术界还有争议，最新的数据是中美科学团队去年在《地质学》上发表的论文，他们在对我国华南地区的地层进行高精度的测定后认为，斯图特冰期结束于6.588亿年，而马里诺冰期结束于距今6.35亿年。而雪球地球的开始时间，目前比较流行的说法是7.2亿年。也就是说，这个极寒时期，持续了大约8500万年的时间。
（图片说明：雪球地球假想图）
而且，雪球地球不仅仅是持续的时间长，影响范围也极广，可以说波及到了全球，甚至出现了-50℃的极低温度。在那段时期，即使是赤道也被冰雪所覆盖，千里冰封，万里雪飘。
和雪球期相比，我们已知的其他气候时期看起来都那么微不足道。尤其是人类对气候的改变，也只有一百年左右的时间。那么，到底是什么导致了地球在这么短的时间里出现了两次雪球地球事件呢？
雪球地球的成因
关于雪球地球的成因，科学家们给出了不同的看法。有人认为是太阳辐射减少导致的，有人则参考温室效应，认为是当时二氧化碳含量降低导致地球温度迅速流失。不过，实际情况是，雪球期的温度下降非常快，仅仅是这两个因素，都不足以解释我们现在的考古证据。
可能导致地球出现冰川的原因有很多，但有趣的是，冰川的形成是一个滚雪球的过程。我们知道，白色的本质就是一个物体可以反射所有的光，当地球有一部分被冰川覆盖后，雪白的冰川可以将绝大部分阳光都反射回去，减少地球吸收的热量，导致温度降低。地球温度降低就会形成更多的冰川，如此往复，最终覆盖到全球。
（图片说明：地球进入雪球期的模拟动画）
因此，与其说问题是地球如何在全球范围内变成雪球，不如问这个过程究竟是如何启动的。
最近，来自麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）的研究生Constantin W. Arnscheidt似乎找到了这个问题的答案，并且在《英国皇家学会会刊A》上发表了自己的研究成果。
他们指出：“我们知道，当类地行星的辐射通量或者二氧化碳含量的变化超过一个临界值时，就会有冰川形成。不过，在这里，我们证明并解释了另一种可能：如果辐射通量的变化速率达到某个特定值时，也会导致冰川的形成。”
模拟
为了研究这一过程，他们采用了计算机模拟的方式来试图还原这个过程。在模拟中，他们主要研究了两个关键因素：
辐射通量：衡量太阳辐射到达地球的量及其变化；
碳酸盐-硅酸盐循环：又叫做无机碳循环，从中可以清楚地看到大气层中的碳元素被固定在岩石中，然后又通过火山活动回到大气中的过程和数量，从侧面反映了地球所经历的气候事件。
（图片说明：横坐标为太阳辐射，纵坐标为火山气体及风化作用的归一化函数，粉色区域为稳定的冰川期，白色为稳定的温暖期）
结果显示，地球的全球冰川化出现的主要原因，就在于太阳辐射的降低。他们估计，如果太阳的辐射量降低2%，那么整个地球就会在10000年的时间里被冰川所覆盖。在这个过程中，他们做了一些必要的简化，所以这个速度未必完全精确，但他们对这个数字还是比较有信心的。
“这是辐射平衡和大气中的二氧化碳通过碳酸盐-硅酸盐循环平衡在一定时间尺度下维持下来的结果，在速率诱导的冰河期过程中，维持稳定的温暖气候模式并没有失稳，这就使得我们确定了两种不同的冰川化途径。”
他们提出的两种途径，其一是火山排出气体的量迅速增加，其二是太阳的辐射量迅速减少。二者的共同结果，就是增加更多的冰川，将更多阳光反射出去。
（图片说明：纵坐标为火山气体的体积，横坐标为太阳辐射的总通量，二者的下降是导致地球进入雪球期的两种途径）
这里要说明的是，太阳辐射量的降低未必是太阳自身的原因，也可能是地球的变化，比如火山气体遮挡住了阳光，或者是原始藻类导致的反射性云层，又或者两个因素叠加在一起的结果。
总之，他们得到的结论是：太阳辐射的降低的确可以造成地球冰川的出现，而地球的冰川又会呈滚雪球式的增长，最终在全球范围内进入雪球期。
对未来的警示
作者们还在文中指出：“这也警示着我们：我们不仅要关注温度变化的幅度，也要对温度变化的速度提高警惕。这种速率诱导的临界点可能不止一个，人类引发的全球变暖也可能是其中之一。找到并且限制临界点的速率，值得我们进行下一步研究。”
简单来说，虽然我们可能推测出一个温度的临界值，是地球生物所能承受的极限。但是，如果地球升温过快，可能还没有到这个临界值，生态系统就崩溃了。因此，减缓全球变暖进程的意义显得更加重要，即使是减缓这个进程，也同样意义重大。
与此同时，Arnscheidt还相信，这次研究的成果还有助于科学家们寻找宜居的系外行星。如果一颗行星位于宜居带内，但却有可能经历着宿主恒星辐射量的剧变，那么它也不太可能孕育生命。
对历史的研究，是为了更好地重视现在，以及提前看到可能的未来。地质学就像是一个时光机，记录着地球经历的一切历史。这些历史是一面镜子，虽然不是直接看自己，但却真实地反映着自己的一切。如果我们不能从历史中汲取教训，那么我们终将成为未来生物的教训。