7 亿年前是什么让地球变成了一个巨大的雪球？斯图尔特冰河期持续时间之谜

受到南澳大利亚弗林德斯山脉实地考察的启发，地球科学家提出，历史最低的火山二氧化碳排放量引发了持续 5700 万年的全球“斯图尔特”冰河期。

澳大利亚地质学家利用板块构造模型来确定地球历史上 7 亿多年前极端冰河期气候的最有可能导致的原因。我们现在认为我们已经破解了这个谜团：历史上火山的二氧化碳排放量很低，这得益于现在的加拿大大量火山岩的风化作用；这一过程吸收了大气中的二氧化碳。

斯图尔特冰川期，以 19 世纪欧洲殖民探险家查尔斯·斯图尔特的名字命名，它从 7.17 亿年前一直延续到 6.6 亿年前，远在恐龙和陆地上复杂的植物生命出现之前。

人们提出了各种原因来解释这一极端冰河时代的开启和结束，但最神秘的还是它为何能持续 5700 万年——这段时间跨度是我们人类难以想象的。

研究小组重新研究了板块构造模型，该模型显示了古代超大陆罗迪纳分裂后大陆和海洋盆地的演变。他们将其与一个计算机模型联系起来，该模型计算了中洋脊沿线海底火山的二氧化碳排气量——中洋脊是板块分裂和新海洋地壳诞生的地方。他们很快意识到，斯图尔特冰河期的开始与火山二氧化碳排放量的历史最低值精确相关。此外，在整个冰河期期间，二氧化碳排放量一直保持在相对较低水平。当时，地球上还没有多细胞动物或陆生植物。大气中的温室气体浓度几乎完全由火山释放的二氧化碳和硅酸盐岩石风化过程决定，这些过程会消耗二氧化碳。

当时，地质决定了气候。我们认为，斯图尔特冰河期的到来是双重打击的结果：板块构造重组使火山排气量降至最低，与此同时，加拿大大陆火山区开始侵蚀，消耗大气中的二氧化碳。

简而言之，这项研究成果主要研究了地球历史上一次极端寒冷的时期——“斯图尔特冰期”，也就是所谓的“雪球地球”时期。科学家们通过研究发现，造成这次冰期持续时间如此之长的主要原因是：海底火山喷发的活动异常减弱。海底火山是地球内部热量释放的重要通道，它们喷发出的气体可以为大气层提供温室气体，从而起到保温作用。然而，在斯图尔特冰期，海底火山的活动变得非常不活跃，导致温室气体排放量大幅减少，地球表面因此变得越来越冷，最终进入了全球冰封的状态。

参考文献：Adriana Dutkiewicz, Andrew S. Merdith, Alan S. Collins, Ben Mather, Lauren Ilano, Sabin Zahirovic, R. Dietmar Müller. Duration of Sturtian “Snowball Earth” glaciation linked to exceptionally low mid-ocean ridge outgassing. Geology, 2024; DOI: 10.1130/G51669.1

一、斯图尔特冰期对地球生命产生了怎样的影响？

斯图尔特冰期，也就是“雪球地球”时期，是地球历史上一次极端的全球冰封事件。如此极端的寒冷气候对地球生命产生了深远而复杂的影响。由于极端寒冷和生存条件恶劣，绝大多数不适应极寒环境的生物无法生存，导致了大规模的生物灭绝事件。原有的生态系统被彻底破坏，食物链断裂，生物圈的平衡被打破。

当冰川开始消退，地球气候逐渐回暖时，幸存的生物开始繁衍生息，逐渐恢复生物多样性。在新的环境条件下，出现了全新的生态系统和生物群落。

斯图尔特冰期对地球生命演化产生了深远的影响，可能改变了生物进化的方向和速度。一些科学家认为，斯图尔特冰期后地球生命的复苏为复杂生命形式的出现创造了条件。

总结来说，斯图尔特冰期对地球生命的影响是毁灭性和重建性的。它不仅导致了大规模的生物灭绝，也促进了生物的适应和进化，为地球生命的发展历程留下了深刻的印记。

需要注意的是，关于斯图尔特冰期对地球生命的影响，目前科学界仍存在许多未解之谜。

二、海底火山如何影响地球气候？

海底火山对地球气候的影响是多方面的，主要通过温室气体排放、对太阳辐射的影响、营养物质的输入等方面影响地球气候。海底火山对地球气候的影响是复杂的，既有短期效应，也有长期效应。它们既可以导致全球变暖，也可以导致全球变冷。此外，海底火山活动还与海洋酸化、海洋环流变化等一系列环境问题密切相关。

1. 温室气体排放

• 二氧化碳： 海底火山喷发会释放大量的二氧化碳，这是一种主要的温室气体。长期来看，这些温室气体能够导致全球气温升高，加剧温室效应。
• 其他温室气体： 除了二氧化碳，海底火山还会释放甲烷等其他温室气体，这些气体也会对气候产生影响。

2. 火山灰对太阳辐射的影响

• 遮蔽效应： 大规模的海底火山喷发会将大量的火山灰喷射到大气中，这些火山灰颗粒可以反射太阳光，从而减少到达地面的太阳辐射，导致全球气温下降。
• 火山冬天： 在历史上，一些大规模的火山喷发曾导致全球气温显著下降，甚至出现了“火山冬天”的现象。

3. 营养物质的输入

• 生物生产力： 海底火山喷发会向海洋中释放大量的营养物质，如铁、磷等，这些营养物质可以促进浮游植物的生长，从而增加海洋的初级生产力。

三、了解这段历史对我们有什么启示？

Adriana Dutkiewicz 等人的这项研究，通过深入探讨斯图尔特冰期（“雪球地球”）与海底火山活动的关系，为我们理解地球气候系统的复杂性提供了新的视角。

1、深化对地球气候变化的认识：研究表明，地球气候是一个极其复杂的系统，受到多种因素的共同影响。海底火山活动作为地球内部热量释放的重要方式，对气候变化的影响不容忽视。 通过研究斯图尔特冰期，我们可以更好地理解过去气候变化的驱动因素，从而为预测未来气候变化提供重要的参考。

2. 提升对极端气候事件的认识：斯图尔特冰期是地球历史上一次极端的全球冰封事件，研究这一事件有助于我们了解地球气候系统在极端条件下的表现。通过研究海底火山活动与冰期之间的关系，我们可以深入了解极端气候事件的发生机制，从而更好地应对未来可能出现的极端气候事件。

• “雪球地球”事件：
• 极端气候事件的发生机制：

3. 为应对气候变化提供科学依据： 研究表明，温室气体排放对气候变化具有重要影响。通过对比海底火山活动和人类活动对气候的影响，我们可以更深入地认识到减少温室气体排放的重要性。 这项研究为改进气候模型提供了新的数据和思路，有助于提高气候模型的预测精度。

四、思考

如何更精确地量化不同地质时期海底火山活动的强度和频率？是否存在更直接、更敏感的地球化学或地球物理指标？ 不同成分的火山喷发物对气候系统的影响有何差异？是否存在特定的火山气体成分与冰期事件存在更强的相关性？海底火山活动与太阳辐射变化、板块构造等其他气候驱动因素之间是否存在复杂的相互作用？这种耦合作用如何影响冰期的起始、持续和结束？

在“雪球地球”事件中，冰-反照率反馈机制起到了怎样的作用？是否存在其他正反馈或负反馈机制放大或减弱了气候变化？海底火山活动对海洋环流的影响如何？海洋环流的变化在“雪球地球”事件中扮演了怎样的角色？“雪球地球”事件对碳循环、硫循环等生物地球化学循环产生了怎样的影响？这些循环的扰动如何影响气候系统？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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