导言

宇宙之浩渺，地球之瑰丽，非一夕之功。8.5亿年前，随着“罗迪尼亚”大陆的破裂，地球气候一直处于动荡不安之中。冰川扩展到赤道覆盖住整个世界，而后再次变为一个温室，反反复复，终于在几亿年后趋于平和，有了今日之气象。当我们对遥远的过去加以考察时，人类的头脑会在时间视角上玩一些古怪的花招：一个世纪看起来就像一年，而一千年看上去不过是十年。冷眼旁观者如此云淡风轻，殊不知自身正处于剧变的中心。

近日，北极圈惊现32℃高温、澳洲干旱等新闻再也无法让人无视气候问题。那么地球的气候究竟如何变化呢？它动荡的原因对于我们有何启发呢？本文节选自罗伯特·黑森的《千变地球》，为你讲述一个冰雪世界的前因后果。

地球的元古宙，从25亿年前到5.42亿年前，囊括了一个变化剧烈的漫长时期。它的前5亿年，见证了光合藻类的大繁荣、大气中氧气的增加、一度富含铁的海洋、真核细胞的出现等等。真核细胞把DNA藏在细胞核里，这将成为全部动植物的先驱。而后这个星球经历了无聊的10亿年，一段弥漫着臭味的变化持续而稳定的时间，这似乎是暴风雨前的宁静，此后大陆碎裂又聚拢，气候动荡剧烈，海洋与大气化学状态数次剧变，这一晃又是3亿年。极简的数字总给人以错觉，似乎它在一夜之间爆发，又在一夜之间归于沉寂。事实上，它永远是悄无声息，如当下般的浑然不觉。

无聊的10亿年

地球的27亿到37亿岁是一段无聊的童年时光，之所以说它无聊，是因为这期间没有出现新的生命形态、没有生成新的矿物，乃至连气候的变化都如此稳定。气候的稳定得益于地球各个系统间的联系，通过负反馈得以调节。

如果把地球比作房屋，在寒冬的日子，因为室内温度低到让人觉得不舒服了，便会打开暖气，温度回升；一旦室内热起来，就不再需要暖气，气温又开始下降。在炎炎夏日，如果室内温度太高，空调开始运作，降温到指定程度后，机器也会“休息”，又开始回暖，如此往复。

地球的运作，也通过许多相似的负反馈回路，帮助这颗行星保持一个大致稳定的近地表温度、湿度和构成等条件。比方说，正在升温的海洋导致更多的云彩，而云彩把阳光反射回太空中，让海洋冷却下来。与此相似，大气中的二氧化碳浓度上升，导致全球变暖；全球变暖加快岩石侵蚀——这个过程又会逐渐消耗过剩的二氧化碳，使地球冷下来。

地球这10亿年间的气候，在一系列的负反馈作用中维持了均衡，即便陆块在全球迁移，超大陆反复集结和破碎，也未尝出现剧烈的波动。

有无相生，负反馈制衡的另一面就是正反馈刺激。如同房屋在寒冷的冬季，一旦供热系统出了毛病，管子会冻住，会爆裂，导致冷水在家中泛滥，使房子更冷、更住不得人。这种偶然或者是意外表现出来的强化性反馈被称为正反馈。对应到地球上就表现为上升的海平面将导致海岸地区泛滥，从而带来更多的蒸发和降雨，接着又造成更多的海岸地区泛滥。温度上升的海洋，可能导致海床上和海床下富含甲烷的冰大规模融化，这会为大气增加温室气体甲烷，海洋会更热，释放出更多的甲烷。这就是正反馈带来的无法制止的灾难性影响。

通俗地来讲，负反馈调节系统以维持原有的平衡，而正反馈则是强化某一个因素到极点以打破平衡。

因此，总需要一个契机，来打破原有的平衡，“罗迪尼亚”大陆的破裂就是这样的一次意外。

形成冰河的1亿年

在之前，地球许多陆块的大多数，仍然在赤道附近聚拢在一起，那就是完全没有生命的干燥的“罗迪尼亚”超大陆，而在距今8.5亿年的时刻，它发生了一次破裂，当时刚果与卡拉哈里古陆核（如今南非的一些地区）开始分离，朝超级大陆的西南方向漂移。而后的第二次破裂，出现了几千英里的新海岸线，与之相关的是一波一波的快速海岸侵蚀。被侵蚀的陆地，随着大量矿物泥沙流入海中，为光合藻类贡献了矿物营养，以及其他必不可少的元素。生命的这种奢侈的繁荣，对地球气候或有重大影响。一波一波的藻类迅猛生长，它们消耗温室气体二氧化碳，使之水平下降从而减缓了温室效应。

另一种类型的正反馈，发生在光合作用的藻类大批繁荣之际，由于温室效应得到弱化，地球的气候冷却下来，冰帽开始在两极形成并变大。新生的白色冰雪把更多的阳光反射到太空，这就是一种以前所未有的更快速度冷却地球的正反馈。甚至在冰原铺到越来越低的纬度之际，仍然温暖的赤道大陆与多产的藻类生态系统一如既往地从空气中吸收越来越多的CO2。地球的气候，暂时失去了平衡，到达了一个倾覆点，因为两极的白冰向赤道铺张，最终或许把整个地球都包在冰里。

长达千百万年，地球包在冰里（至少是包在脏兮兮的雪泥里）。白色的“雪球”地球，不能有效吸收太阳辐射的热能，似乎永远封闭于冰茧中，因为气温无法升到解冻的程度。全球冰河期，把几乎全部的生态系统都关闭了。地球以前大量的微生物生命，几乎被扫荡一空。有几种微生物还存在。那些在海床的热水口黑烟囱旁边生活的微生物，在永恒的黑暗中已经忍受了几十亿年，它们不会被史无前例的冰川灭绝。还有一些能进行光合作用的藻类群落，劫后余生，必定是在碎裂的薄冰中，或者在靠近火山的温暖地带的开阔浅水中，找到了最后的庇护所。

动荡的1.5亿年

地球如何可能逃脱这么一种漫长的全球寒冬呢？答案在我们行星深处地幔里那种不可阻挡的翻腾和搅拌。冰雪的那层洁白的虚饰，不能阻止板块构造，也不能放慢火山气体从几百个穿透冰层的黑色火山锥中冒出。二氧化碳是主要的火山气体，再次在大气中集聚起来。大地蒙着冰雪，通过岩石侵蚀和光合作用来吸收二氧化碳的通道被关闭了。于是，二氧化碳浓度逐渐上升到10亿多年不曾见过的水平，最终到了现代水平的大概几百倍，引发一种新的正反馈——失控的温室效应。阳光仍然照射在雪白的大地上，但大气中的二氧化碳把热能捂在地表上，不可避免地让地球热起来。

因为大气热起来，在千百万年里，赤道的小片冰雪第一次融化。由于黑色的地面暴露出来，地球吸收了更多的阳光，加热过程又加速了。随着太阳和地表之间的正反馈使地球越来越热，海洋也开始把浮冰清理掉了。

在很长时间里，或许有3000万年吧，温暖气候一直是主调，但温室也同样埋下了自己必亡的命运。大气中已经上升了的二氧化碳含量，逐渐从极端状态向下跌落。有些温室气体与岩石反应，被撇除了。赤裸的大地，任凭风雨刮蚀，雨里有腐蚀性的碳酸（大气中CO2太高的一个结果），腐蚀得很快。矿物营养的丰富，连同阳光重新普照大地，导致藻类爆炸性地繁茂；藻类吞噬了温室气体。

因此，在此后的1.5亿年中，地球在这种极端状态之间循环。不是一次，不是两次，至少有三次，冰雪铺张，然后撤退，全球气候在极地的苦寒与热带的温暖之间晃荡，像个醉汉。第一段插曲，名叫“斯图尔特冰川期”（Sturtian glaciation），在大约7.2亿年前正值巅峰。在6.5亿年前，“马林诺安冰川期”（Marinoan glaciation）接踵而至；较不严酷的“噶斯基尔斯冰川期”（Gaskiers glaciation）发生在5.8亿年前。十几个冰封之国的岩石厚积，揭示了这种剧烈循环的细节。冰雪撤退，冰川留在身后的是大堆的巨大圆石，搁浅的岩石，笨重的冰碛岩，以及打磨圆滑的基岩。此后大地回春，碳酸盐矿物的厚层晶体沉淀物覆盖在冰碛岩层之上，这乃是海洋变暖的另一个迹象。在CO2超饱和的海洋里，碳酸盐形成得太快，几英尺长的巨大晶体，铺满浅水的海床。这些故事讲述的是地球如何饱受折磨，不断失去了化学平衡，所谓“无聊的10亿年”的观念也就被抛弃了。

尾声

在雪球和温室之间的这种极端反常的循环，或许比地球史上的任何其他事件都更有效地揭示一颗行星如何被揪出了安乐窝。

世界的今天，反射光的冰川正加速度融化，把越来越多的海洋和陆地暴露出来，吸收了更多的太阳能。树被砍倒了，烧了，因此把更多的二氧化碳释放在大气中，同时却减少了特别能消耗二氧化碳的森林的面积。最关键的，或许是永久冻土和深海冰加速释放甲烷，或许把全球气温升得更高，引发了更多的甲烷释放，把平衡颠覆了。这一切过程都让地质学家想起了雪球与温室轮番蹂躏地球的时期。

如果说地球的往昔对我们的时代有什么教训，那么新元古代的气候突变，就是最好的例子。因为即便雪球与温室之间的交替为正在进化的生命开辟了新机会，但每一次气候反转之间，几乎都导致全部生物灭亡，我们人类难道能挺过去吗？

注：在雪球-温室时期之前，地球历史上还出现过两次冰川时期：第一次相对短暂，显示在古老的南非古陆核上的冰碛岩沉淀中，发生在太古宙中期，大约在29亿年前；第二次则稍长，标志是范围广泛的冰河沉淀物，发生在大约24亿年前到22亿年前。