六七亿年前，地球曾是一个大雪球。那时，即使是赤道也被冰雪所覆盖，千里冰封，万里雪飘。这个冰冻期如何结束的，一直是个谜。

近日，国际学术期刊《地球物理研究快报》在线发表了国内外科学家在解答雪球地球如何结束谜题上取得的重要进展。“我们研究发现，火山活动产生的二氧化碳使雪球地球事件的马里诺冰期缩短了200-500万年，正是大规模火山活动导致马里诺冰期提前结束。”3月23日，论文通讯作者、中科院地质地球所副研究员兰中伍在接受科技日报记者采访时说。

“雪球地球”是20世纪90年代初美国科学家约瑟夫·科什文克提出的概念,随后被保罗·霍夫曼鼓吹宣传开来。科学界认为，在距今6至7亿年前的成冰纪，地球经历了斯图特冰期和马里诺冰期两次全球性的冰川事件。

其中，斯图特冰期更长，从距今7.17亿年前持续到距今6.6亿年前，共5700万年；马里诺冰期则相对较短，从距今6.5亿年前持续到6.35亿年前，共1500万年。

这一过程中，地球表面遭受极端寒冷气候的洗礼，从两极到赤道全部被冰雪覆盖，全球海洋冰冻、地表冰盖厚度达到上千米。这一状态持续了数千万年之久，是地质历史上最严重的冰室气候事件，当时的地球也因此被称为“雪球地球”。

“无论是较长的斯图特冰期，还是较短的马里诺冰期，要想让冰川消融，冰期结束，必须要求当时大气中存在一定浓度的二氧化碳等温室气体。”中科院地质地球所副研究员兰中伍指出。

成冰纪时，地球上生命活动以微生物为主，这些微生物呼吸作用释放的二氧化碳微乎其微。兰中伍介绍，那时，二氧化碳的排放主要源自大陆岩石圈，大陆裂谷岩浆活动是大陆岩石圈释放二氧化碳的重要途径。在地质历史时期，大陆裂谷岩浆活动曾多次引发大气中二氧化碳浓度增加。

然而，“究竟需要多大规模、持续多久的火山喷发，喷发出多少二氧化碳才能让雪球地球融化，科学家一直没搞清楚，这也是交叉学科领域争论的焦点问题。”兰中伍坦言。

针对这个科学问题，研究人员对我国扬子板块北缘和南秦岭地区的大陆裂谷火山岩进行了详细的地质年代学和气候模拟研究。

通过对火山岩锆石进行地质测年，研究人员发现，大陆裂谷岩浆活动从距今6.41亿年前持续到距今6.35亿年前，持续了近600万年。“通过放射性同位素测年，我们发现，这次大陆裂谷岩浆活动正好发生在斯图特冰期的末期。”兰中伍强调。

同时，气候模拟表明，大陆裂谷岩浆活动产生的二氧化碳会储存在大气中，突破冰川融化所需要的二氧化碳阈值，引发温室效应使全球变暖，马里诺冰期相应缩短，雪球地球因此结束。

相反，“斯图特冰期末期没有经历大规模火山活动，所以经历了5700万年才积累了足够多的二氧化碳来融化斯图特冰盖。”兰中伍说，也就是说，斯图特冰期末期缺少大型火山活动是其持续时间长的主要原因。

兰中伍表示，这项研究为马里诺冰期的终结提供了最直接的岩浆活动证据，并且合理地解释了斯图特和马里诺两次冰期持续时间不同的原因。此外，该项研究再次突出强调了大陆裂谷岩浆活动对古气候、古环境的扰动。

文/科技日报记者 陆成宽

编辑/范辉