大約6.5億年前,巨大的冰川從兩極延伸到熱帶,將地球包裹在冰凍的外殼中,持續了數百萬年。這種情況以前也發生過:我們的“淡藍色小點”在地球歷史上至少三次轉變為珍珠白的“雪球地球”。但是,這些深度凍結帶來了一個難題:它們本應是致命的,但生命顯然倖存了下來。地質證據表明,我們最早的微觀祖先並沒有被凍死,遺傳跡象表明,一系列單細胞生物的譜系延伸到了雪球地球之外。問題是如何做到的。
一項發表在預印本伺服器 arXiv 並提交給《地球和行星科學快報》的新研究可能提供了一個解決方案。多倫多大學 (U.T.) 的天文學研究生阿迪夫·帕拉迪斯和他的同事們模擬了各種可能的雪球世界——改變了它們所擁有的火山數量以及它們接收到的恆星光量——結果發現,這些世界中的許多都永遠無法擺脫雪球狀態。那些火山活動很少的世界永遠不會排放足夠的二氧化碳來引發使其從低溫沉睡中醒來的失控的全球變暖(就像地球上可能發生的那樣)。然而,令人驚訝的是,這些世界中的許多也可能支援大片未凍結的陸地。其中一些地區仍然乾燥,例如南極洲的麥克默多幹谷,但另一些地區則形成了區域性水文迴圈,允許液態水在其表面彙集和流動。
這種綠洲是雪球世界如何保持適宜居住的一種解釋——這一結果不僅可以描述地球,還可以描述天文學家在銀河系中發現的許多行星。“以前,我們可能會認為雪球不適宜居住,我們會錯過可能存在生命的地方,”共同作者、U.T.的天體物理學家黛安娜·瓦倫西亞說。
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事實上,這項研究與之前關於地球歷史上最近一次冰凍事件的研究相符。2015 年,蘇格蘭聖安德魯斯大學的冰川學家道格拉斯·本發表了一項研究,該研究表明,地球的氣候對地球繞太陽執行的軌道變化很敏感,導致冰蓋前進和後退的週期。後者使湖泊彙集、河流流動以及簡單的微生物生命蓬勃發展——即使在雪球事件期間也是如此。本和他的同事在他們建立的地球氣候計算機模型中看到了這樣的週期,他們還在斯瓦爾巴特群島的北冰洋島嶼中發現了儲存著冰蓋前進和後退證據的沉積物。這些發現表明,上次雪球地球不會是完全的“深度凍結”——存在水可以流動的無冰陸地,從而維持了一個關鍵的避難所,生命可以在那裡持續到更有利條件恢復。
但無冰區並不是解釋生命如何在雪球地球上倖存下來的唯一機制。自 1992 年以來,研究人員假設了一系列想法,而且似乎每個科學家都偏愛不同的想法,賓夕法尼亞州立大學的地質學家詹姆斯·卡斯汀說。他認為生命可能在一層薄冰之下生存。在南極洲,湖泊凍結的速度非常緩慢,以至於不包含氣泡,因此對陽光保持透明——允許光合作用生命在幾米厚的冰層下茁壯成長。哈佛大學退休地質學家保羅·霍夫曼認為,塵埃可能為生命提供最有可能的緩解。隨著雪收集灰塵,它可以更容易地吸收陽光,導致冰上形成融水的池塘。眾所周知,在今天的極地環境中,這樣的池塘是藻類和藍細菌繁榮的生態系統的棲息地(儘管本指出科學家沒有在雪球地球時期這些池塘的直接地質證據)。最後,沒有地質學家反對熱液噴口,那裡火山活躍的區域以超高溫噴出水。畢竟,南極洲和冰島的溫泉今天創造了溫暖的、充滿生命的綠洲。
最終,關於哪種機制幫助生命度過雪球地球的爭論仍在繼續。儘管卡斯汀指出,帕拉迪斯和本假設的無冰區提供了一種潛在的解決方案,但最新的模型存在一些注意事項。他和霍夫曼都希望看到帕拉迪斯的團隊包括海冰川流動,例如,因為冰可能從兩極流向赤道,覆蓋他們提出的非冰川區域。帕拉迪斯本人也列出了他的模型的許多注意事項:它的解析度較低,採取了一些計算捷徑,並且不包括某些過程,例如大氣塵埃的影響。
卡斯汀說,歸根結底,可能還有另一種沒有人想到的生存機制。或者,也可能是幾種機制共同作用,幫助地球上的生命得以延續。本認為,生命很可能不是在一個主要的生存環境中倖存下來的,而是在多個環境中倖存下來的。因此,在無冰區、薄冰層、融水池塘和熱液噴口的幫助下,雪球可能仍然適宜居住。事實上,加州理工學院的地球生物學家約瑟夫·基爾什文克創造了“雪球地球”這個詞,他一直對許多人期望生命在深度凍結中消失感到驚訝。“生命很難被撲滅——即使在雪球上,”他說。
