事件三,雪球地球
前面聊过,二氧化碳、甲烷是两大温室气体,相当于地球的保暖外衣。
光合作用消耗了二氧化碳,产生的氧气耗尽海水中的铁,开始进入大气,氧化了甲烷。
到24亿年前,大气中的氧气达到4%,两大温室气体迅速下降,地球开始变冷,直到进入“休伦冰河时期”。
这场大冰期一来就是3亿年,直到21亿年前才缓缓谢幕。
冰川融化时,巨大的冰块一路开山裂石,切削大量岩石碎块,与砂土一起沉积形成“混积岩”。在其附近,常有大块碎石被埋在水平地层中,被称为“坠石”。
上:混积岩;下:坠石
这些物证,作为呈堂证供,供地质学家们判断地球的葫芦案。
元古宙后期,地球又经历过3次冰期。其中前两次——斯图特冰期、马林诺冰期下手最狠,冰封了整个地球,那时的地球,被亲切地称为“雪球地球”。
地球怎么会搞成这样呢?科学家们缜密分析之后,把锅甩给了罗迪尼亚超大陆。
案情是这样的:
1. 地幔温度下降,陆地面积增多。裸在外面的岩石增多,岩石风化量就增大。
2. 雨水溶解空气中的二氧化碳,与岩石成分发生化学反应,成为重碳酸盐,流入大海,沉积到海底——二氧化碳消费上涨,地球外衣保暖功能下降。
3. 大约11亿年前,威尔逊旋回把各大陆带到赤道附近,合体成了罗迪尼亚超大陆。
4. 大陆都跑到赤道,两极的洋流自由了——没了陆地的强行引导,它们就紧紧围绕两极,形成了顺畅圆润的环流。不再与赤道的海水交流,于是赤道地区的热能无法传递过去,于是:两极越来越冷→冻成冰盖→热能更不好传递→冰盖扩大。
5. 大概9亿年前,罗迪尼亚超大陆开始分裂。海岸线越来越长,大陆架越来越广阔。一方面,浅海蓝藻势力随之扩大;另一方面,大陆变得更湿润,降雨增加,碳酸盐产量上升。这两方面都在拉低二氧化碳含量。
6. 当时的火山活动频繁,火山虽然可以喷出二氧化碳、甲烷,但火山灰也消耗二氧化碳形成碳酸盐。不过,火山灰造成的雾霾遮挡了一部分阳光,这对低温地表是雪上加霜。
这些因素的叠加,导致两极冰盖不断扩大。而冰盖又是天然的反射镜,于是地球对阳光的反照率也随之不断提高,进入降温的正反馈循环。
终于,两极冰盖在赤道完美对接,地球被完全冰封。全球平均气温降到-40℃。雪球地球建造完毕。
整个工艺流程,让降温趋势形成了完美闭环。那么,地球要如何操作,才能摆脱冰封,焕发第二春呢?
其实不难。
1. 冰盖封住了地球,当然也就封了绝大多数光合工厂,封住了地表的岩石和液态水,于是二氧化碳的消耗就骤降。
2. 地表冰冷,但内心依然火热。火山活动依然活跃,喷出的二氧化碳、甲烷等温室气体,在大气中越积越多。当二氧化碳达到0.12个大气压时,其温室效应就足以融化冰雪。
3. 火山灰飘落在雪球地球表面,降低了反照率;冰雪融化,进一步降低反照率。
4. 这些因素叠加,形成增温的正反馈循环。
5. 雪球地球温度急剧上升,冰雪迅速融化。一方面形成大洪水,横扫地表;另一方面拉大热带与两极的温差,形成强风,刮起十几米高的海浪,惊涛拍岸,卷起千堆雪,进一步加速消融。
有科学家相信,在增温季,海水可达40~50℃。但这个增温机制,随着地表裸露、海藻归来,变得不可持续。
在某一刻,降温机制再度接手,重启雪球地球工艺流程。
△ 雪崩产生的混积岩、炎热时期沉积的碳酸盐岩交替共存
所以说,我们担心“碳排放导致地球变暖”之时,也要考虑“碳消耗亦可导致冰期”,增减不是目的,平衡才是。
事件四,生命的躁动
大气成分、温度、环境的变幻莫测,让低调、单纯的古菌们倍感压力。
因为每一次沧桑巨变,它们付出的代价都是生命。
生活本身,就是应付接连不断的意外、无可阻挡的变化、无法涂改的错误,哪怕你只是一枚古菌。
意外、变化与错误狂虐生命,却也给了生命更多可能。
小心翼翼的基因传递,也会出现错误。基因变异、物种演化,就在有些错误中产生。
有些单细胞生物开始抱团,协调运作。
多数专家相信,有组织的多细胞生物,不可能早于6.7亿年前。但在21亿年前的化石中,人们发现了多细胞结构。
细胞要怎样聚集在一起,才算是多细胞生物,它的分界线是什么,多细胞生物的始祖生于何时?这些都有争议。
但多细胞生物始于元古宙,这一点无可争议。
△ 埃迪卡拉生物群想象图、化石
这些软体生物出现在5.85亿年前。它们与今天的任何生物相比,都没什么相似性。所以,我们连它们是植物还是动物都不知道。但毫无疑问,它们是多细胞生物。
这是地球上已知的首次多细胞生物物种大爆发,但很快就被环境的巨变所灭绝。
任何生命,都只是自然演化的一个意外,一个非必然的副产品。
所以,对自然演化而言,没有什么生命的毁灭是值得遗憾的。
因为自然演化就只是演化,物质、能量形态的切换,不存在毁灭。
埃迪卡拉生物群没有留下任何后代。但有些意外,却传承下来。
真核细胞。这是复杂生物的基本单元。
真核细胞至少在16亿年前就已经出现了。甚至有的化石显示,真核细胞可能出现在21亿年前。
细胞的DNA是怎样拥有一个核膜的?有人说是变异演化而来,有的说是吞噬共生而来,争议比较大。
但线粒体、叶绿体的出现,争议就没那么大。
多数专家相信,线粒体本是变形菌门门下,叶绿体本属藻类,它们被真核细胞吞噬后,还没来得及哭,就意外地发现里面居然更宜居,于是申请移民,寄生其中,变成了寄主的细胞器。
线粒体擅长氧化反应供能,叶绿体擅长光合作用供能,升级了寄主细胞的能源开发利用系统,提升了生存竞争力,从而得以与寄主长期狼狈为奸,共荣共生,存留至今,统治了生物圈。
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