在過去的大部分時間裏，我們(men) 的地球溫度都要比現在更熱，有時甚至熱很多。但是，也有時候，地球溫度比現在更冷。科學家可能永遠無法知道，在地球大約45.4億(yi) 年的歲月中，哪個(ge) 時期絕對最冷。但是研究人員發現了一些競爭(zheng) 選手。所有這些寒冷的時期，都被認為(wei) 是古老的冰河時期。

　　最冷的天氣出現在約20億(yi) 年前，在大氣層氧氣含量上升後。更多極度深寒則出現在7.5億(yi) 年前到6億(yi) 年前。雖然科學家對這些時期的冰川覆蓋範圍沒有統一結論，但有證據表明，在赤道地區，冰川幾乎落到海平麵高度。

　　在過去的幾百萬(wan) 年中，冰川時不時地覆蓋著北半球的廣袤地區。盡管沒有近乎全球性冰川那麽(me) 嚴(yan) 重，但更新世的冰河時期可能帶來了過去五億(yi) 年中最寒冷的氣候。部分最嚴(yan) 峻的寒冷氣候大約發生在兩(liang) 萬(wan) 年前。

　　研究岩石記錄 

　　冰河時期是指全球氣溫低於(yu) 正常水平，冰川和冰蓋也超過正常水平的時期。冰河時期不會(hui) 導致持續的寒冷氣候。相反，中間也夾雜著相對溫暖的時期。因此，冰河時期其實是前進冰川（冰期）和後退冰川（間冰期）的混合。盡管相對溫暖，間冰期仍是冰河時期的一部分。

　　那科學家是如何知道古代冰河時期出現的呢？顯然，大陸規模的冰川向赤道蔓延的時候，溫度計還沒有出現。過去冰河時期的證據，其實來自於(yu) 地質學。十九世紀初，科學學科出現後不久，地質學家便開始尋找古代冰塊留下的線索。地質學家意識到，冰川可能會(hui) 在基岩上留下巨大的劃痕，並把岩石移動到遙遠的地方——往往是將岩石扔進大海。

　　一旦發現更新世（大約260萬(wan) 年前到11000萬(wan) 年前）的冰川作用痕跡，地質學家就可以知道如何在古老的岩石上識別這些痕跡。將冰川作用的證據與(yu) 板塊運動和大陸漂移的證據相結合之後，地質學家就可以分辨出億(yi) 萬(wan) 年前的冰川活動。那時的各個(ge) 大陸構造，與(yu) 如今的截然不同。

　　總體(ti) 而言，科學家已經從(cong) 地質紀錄中確定該了十幾個(ge) 冰河時期，其中有幾個(ge) 冰河時期就發生在最近的五億(yi) 年前。有些更古老的冰河時期可能更加嚴(yan) 峻，很有可能是我們(men) 地球曆史上最寒冷的冰河時期。

　　氧氣含量上升與(yu) 氣溫下降 

　　迄今為(wei) 止，從(cong) 地質紀錄中發現的最古老冰河時期為(wei) 休倫(lun) 冰河時期。至少其中一個(ge) 冰期導致了被地質學家稱為(wei) “雪球地球”的事件，即整個(ge) 地球或幾乎整個(ge) 地球都被冰雪覆蓋。算上期間夾雜的幾個(ge) 非冰期，整個(ge) 休倫(lun) 冰河時期出現於(yu) 24億(yi) 年前到21億(yi) 年前，其成因很有可能是微觀生命的變化。

　　古生物學家推測，當35億(yi) 年前，微生物剛出現在地球上時，它們(men) 既不消耗氧氣，也不需要氧氣。其實，生命演化之初，地球的大氣曾與(yu) 我們(men) 如今看到的大氣大相徑庭。盡管氮氣含量可能相當，但其他氣體(ti) 含量要麽(me) 比現在多很多，要麽(me) 比現在少很多。二氧化碳含量可能是當前水平的10倍到2500倍，而甲烷含量可能也是當前水平的10000倍以上。那時的大氣中，幾乎沒有氧氣。

　　科學家們(men) 一直在討論，到底從(cong) 什麽(me) 時候開始，微生物學會(hui) 了光合作用，並生成副產(chan) 物氧氣。科學家們(men) 給出的估計範圍大約是在35億(yi) 年前到25億(yi) 年前。最古老的氧氣製造者可能是現代藍藻細菌或藍藻的祖先。

　　首先，這些早期光合作用生命產(chan) 生的氧氣會(hui) 與(yu) 海洋中的鐵元素發生反應，從(cong) 而在海底形成一層又一層的鐵鏽般沉積物。之後，氧氣才開始在大氣中積累。有些氧氣與(yu) 甲烷發生反應，生產(chan) 二氧化碳和水。與(yu) 此同時，能進行光合作用的微生物種群數量持續增長，又消耗了更多的二氧化碳。

　　二氧化碳是一種溫室氣體(ti) ，甲烷則是一種更強大的溫室氣體(ti) 。當大氣中這些溫室氣體(ti) 的濃度下降時，全球氣溫也隨之驟降，最終導致地球進入到一係列的冰河時期。休倫(lun) 冰河時期和間雜的非冰期大約共持續了3億(yi) 年之久。有證據表明，當時的冰川在赤道地區接近海平麵的高度。（如今赤道地區仍有冰雪覆蓋，但僅(jin) 限於(yu) 高海拔位置。）

　　這些冰河時期的地質證據最早於(yu) 1907年在休倫(lun) 湖附近的冰川沉積物中被發現。自那以後，地質學家在北美其他地區，以及南非、西澳大利亞(ya) 和歐洲東(dong) 北部均發現了更多冰河時期的地質證據。

　　氧氣含量的上升，在使得地球越來越寒冷的同時，也促進了呼吸氧氣的複雜生命的演化，並形成了地球的臭氧層。臭氧層又可以保護地球生命免受紫外線輻射的傷(shang) 害。

　　極寒再次來襲 

　　在地球曆史中的成冰紀期間，極寒再次來襲。在7.5億(yi) 年前到6億(yi) 年前，地球至少兩(liang) 次陷入極度深寒。由於(yu) 成冰紀屬於(yu) 前寒武紀元古宙新元古代，期間發生的極寒事件有時也被稱為(wei) “新元古代雪球地球”。

　　科學家們(men) 仍在繼續討論新元古代的冰凍成因，以及隨後又解凍的原因。火山可能是讓地球進入冰川期，又讓地球走出冰川期的背後力量。大約7.5億(yi) 年前，多數大陸聚集在赤道附近。在這片聚集在一起的大陸中，地質學家已經找到所謂的“大火成岩省”的證據。這裏的“大”，隻是一種保守的說辭。你可以想象一個(ge) 麵積如大陸般遼闊的火山活動區域。如此龐大的火山爆發，或許可以用兩(liang) 種方式，使地球冷卻。

　　當火山釋放出二氧化硫時，該氣體(ti) 會(hui) 在大氣中發生各種化學反應，形成極易反光的硫酸鹽。硫酸鹽顆粒猶如數十億(yi) 個(ge) 微型鏡子，可以阻擋陽光。硫酸鹽的冷卻潛力在地球的赤道附近尤其明顯。同樣地，火山噴發會(hui) 帶出的大量玄武岩，隨之而來的岩石風化也會(hui) 冷卻地球。隨著時間的流逝，雨水、風和化學變化等會(hui) 侵蝕火山岩。滲入岩石的雨水和地下水可以溶解二氧化碳，將二氧化碳從(cong) 大氣中剝離出來，最終使其形成為(wei) 諸如石灰石一類的碳酸鹽礦物。

　　如果全球氣溫下降得足夠快，冰塊就會(hui) 開始積聚，而冰塊反射大部分太陽光的能力又進一步降低了地球的溫度。

　　地質學家已經確定了新元古代的兩(liang) 個(ge) 冰期：斯圖特（Sturtian）冰期，大約在7.2億(yi) 年前到6.6億(yi) 年前；和馬裏諾（Marinoan）冰期，大約在6.4億(yi) 年前到6.35億(yi) 年前。這兩(liang) 個(ge) 冰期留下的岩石層顯示了迄今為(wei) 止在地質紀錄中發現的極寒冰期的最廣泛證據。

　　在這兩(liang) 個(ge) 極寒的冰期之間，地球似乎還經曆了同樣極端的溫室氣候。這一極端氣候的根源，或許仍與(yu) 火山活動有關(guan) 。

　　長期來看，火山釋放的二氧化碳和岩石風化消耗的二氧化碳，可以互相製約。但是，由於(yu) 幾億(yi) 年前冰層覆蓋了幾乎整個(ge) 地球，氣候變得太冷而無法產(chan) 生大量降水，岩石風化過程逐漸放緩。同時，增加的海冰又減少了藍藻細菌在海洋表麵獲得光照的能力，光合作用也變少了。

　　但是，火山仍在不斷釋放二氧化碳。沒有了岩石風化或光合作用活動消耗大氣中的二氧化碳時，這種溫室氣體(ti) 就會(hui) 一直積累，進而導致全球氣溫逐漸升高。一旦氣候變暖，足以融化熱帶的冰塊時，溫度上升就會(hui) 加速。在失去大量可以反射光的冰塊後，地球又可以吸收更多的太陽能。隨後的大融化可能會(hui) 引起劇烈、快速的岩石風化，最終開啟第二次冰期。

　　和休倫(lun) 冰河時期一樣，在成冰紀的冰期，赤道附近的冰川也接近海平麵。但是，新元古代的冰川覆蓋程度——無論是雪球地球還是融雪球地球——仍是一個(ge) 活躍的研究領域。

　　最近的冰期 

　　岩石記錄顯示，盡管地質學家已經發現多個(ge) 冰河時期的證據，但是在過去的5億(yi) 年中，休倫(lun) 冰河時期和成冰紀冰期最為(wei) 嚴(yan) 峻。盡管3億(yi) 年前到2.5億(yi) 年前出現的寒冷氣候或許可以與(yu) 之一較高下，但過去5億(yi) 年內(nei) 發生的最嚴(yan) 峻冰期也可能是最近的一次冰河時期。

　　這次冰期發生於(yu) 更新世時期，大約起始於(yu) 260萬(wan) 年前，一直持續到大約1.1萬(wan) 年前。

　　和其他冰河時期一樣，這最近的一次冰河時期也帶來了一係列的前進冰川和後退冰川。事實上，嚴(yan) 格來說，我們(men) 目前仍處於(yu) 冰河時期。我們(men) 眼下正好生活在間冰期而已。

　　大約5000萬(wan) 年前，地球溫度升高，以至於(yu) 極地冰蓋都融化了。但是從(cong) 那之後，地球的溫度一直在下降。大約從(cong) 3400萬(wan) 年前開始，南極冰蓋再次逐漸形成。南美洲與(yu) 南極洲或許也因此分離，開辟出德雷克海峽。除了給幾代的航海者帶來挑戰之外，德雷克海峽還創造了南極繞極流。這個(ge) 環繞南極洲由西向東(dong) 的洋流，減少了抵達南極洲的海洋熱量，使得南極洲的冰層得以繼續形成和增長。

　　地球進入其最近的冰河時期可能跟另一個(ge) 地殼運動也脫不開關(guan) 係。巴拿馬地峽形成於(yu) 450萬(wan) 年前，是南北美洲之間的陸橋。在巴拿馬地峽形成之前，大西洋和太平洋可以自由地交換熱帶海水。但是巴拿馬地峽的出現，阻斷了兩(liang) 大洋之間的海水交換，並時溫暖的鹹海水一路北上，進而增加了北半球高緯度地區的降水量。積雪漸漸累積成為(wei) 冰川，最終變為(wei) 冰蓋。這些巨大的反光冰塊又讓地球的冷卻趨勢得以延續。

　　一旦地球寒冷到足以形成冰蓋的程度，這些冰蓋會(hui) 在2萬(wan) 年到1萬(wan) 年的時間範圍內(nei) 增加或減少，部分原因在於(yu) 米蘭(lan) 科維奇循環。地球軌道上的這些可預測的變化包括離心率（地球繞太陽軌道的變化）、轉軸傾(qing) 角（地球轉軸傾(qing) 斜角度的變化）以及軌道進動（地球自轉軸方向的擺動）。這些變化可以通過改變地球表麵獲得的太陽能分布，來影響氣候。

　　最近的一次極寒冰期大約發生在2萬(wan) 年前。當時的全球氣溫可能比今日的氣溫低10華氏度左右（5攝氏度）。在更新世冰河時期最寒冷的時候，冰蓋延伸到北美洲和歐亞(ya) 大陸的大部分地區。若沒有這些冰蓋和後續的融化，我們(men) 今天就不會(hui) 有五大湖、尼亞(ya) 加拉大瀑布以及華盛頓州和俄勒岡(gang) 州的河道疤地。

　　大規模冰蓋什麽(me) 時候會(hui) 再向著赤道地區前進呢？它們(men) 可能不會(hui) 按照米蘭(lan) 科維奇循環預測的時間卷土重來。米蘭(lan) 科維奇循環對全球氣候的影響各不相同，有的更明顯，有的則不那麽(me) 明顯。當大氣層中的二氧化碳含量超過百萬(wan) 分之三百時，該氣體(ti) 的貯熱能力將足以抵消更加微妙的米蘭(lan) 科維奇循環。當前，大氣層中的二氧化碳含量已經超過了百萬(wan) 分之四百，又由於(yu) 二氧化碳是一種長期存在的氣體(ti) ，如此高水平的含量或許可以持續數千年。這並非是說，下一個(ge) 冰期永遠不會(hui) 到來，隻是可能會(hui) 遲到一些時候而已。（勻琳）

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