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The_Earth_seen_from_Apollo_17.jpg

(圖為現今地球的樣貌)

大家能想像,我們現在居住的地球,可能至少發生過一次大規模的冰凍事件,

讓我們熟悉的地球從這樣,

地球.png

變成這樣(雪球地球)嗎?

雪球.png

 

雪球地球,是一個為了解釋地球各地發現的冰封證據,而提出來的一個假說。

部分的科學家認為,在距今8億到6.5億年前左右,此時期為地球的新元古宙

新元古宙.png

兩極的冰川,可能因為某些原因,開始向較溫暖的赤道蔓延,最終將整顆地球冰封,

從遠處看此時的地球就如同一顆大雪球。但到底是什麼證據,讓科學家這樣推測呢?

 

證據1:新元古宙冰河沉積物分布到赤道?

科學家將新元古宙的一些冰河沉積物分析,而這些沉積物裡面,含有磁性的礦物,

這些磁性會順著當時的地球磁極方向排列,所以我們去分析礦物裡面的磁性再搭配磁傾角的概念,

猜這顆石頭在新元古宙的時候,到底住在哪個緯度上,結果不分析還好,一分析之後嚇死人!!

這些冰期沉積物,在8億到6.5億年前左右竟然在赤道附近,這代表著冰川可能曾經一路蔓延到赤道附近。

 

證據2:條狀鐵層(BIF)出現的時間,剛好對應到雪球地球的時間?

條狀鐵層是一種沉積構造,成分是鐵的氧化物和燧石(chert)這兩個好兄弟你一層我一層相互疊出來的。

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BIF.png

而條狀鐵層在距今24億到19億年前這段期間的地層最為豐富,而在7.5億年前又重新出現,

而這次的出現,讓人不禁聯想這是不是雪球地球的證據呢?為什麼會這樣子說呢?

讓我們先了解一下7.5億年前,條狀鐵層當時的生成背景是如何吧。

在大自然中,鐵離子最常以兩種方式出現,一種就是比較能溶於水中,形成Fe2+的二價鐵離子,

另一種則是Fe3+離子。當Fe2+遇到氧氣,氧化之後就會變成Fe3+的三價鐵離子,

就容易形成Fe2O3三氧化二鐵而沉澱下來。

氧化鐵沈澱.png

而含有Fe2O3的條狀鐵層的出現,給了我們兩種資訊

        1.當時海洋的環境是處於一個較安靜穩定的環境。

因為安靜穩定的環境,才能讓沉積物在不受到其他外力作用干擾,像疊積木一樣,

安安穩穩的將海洋中的沉積物一層一層的疊上去,形成漂亮的條帶狀。

        2.當時海洋可能曾經發生過缺氧事件,事件過後氧氣又逐漸上升

我們之所以能看到那麼明顯清楚的Fe2O3沉積物,就代表海洋曾經一度發生缺氧的事件,

因此海中的Fe2+離子不會被氧氣氧化成Fe3+沉澱。

這時候Fe2+就開始囂張啦,海底火山依然會慢慢釋放出Fe2+,

但是因為缺氧的環境,讓Fe2+不會被氧化成Fe2O3而沉澱,所以大量Fe2+離子聚集在海洋底部,

鐵二價沉澱.png

而當雪球事件過後,海面上的冰逐漸融化,海洋重新可以和大氣作交換,

海洋又重新回到氧氣充足的環境,將海中Fe2+氧化成Fe2O3沉澱,形成氧化鐵和燧石互層的條狀鐵層。

冰消融後氧化.png

 

而要同時讓海洋滿足安靜穩定+缺氧兩個條件,就會讓人推測可能曾經發生大規模的冰封事件

海平面上的冰,就像一層保鮮膜一樣,阻止了海水跟大氣間的循環,

而雪球地球的模型,好像正好可以套入這個現象。

 

證據3.:δ 13 C 值在疑似雪球地球的那段期間過後,出現下降

先帶大家了解一下,δ 13 C這個奇怪又歪七扭八的符號到底代表什麼意思啊?

首先先跟大家介紹一下,在大自然中,碳(C)有兩種形式存在是最為穩定,

一種叫碳十二(12C),另一種叫做碳十三(13C),而δ 13 C就是一種計算12C,13C之間的比例的方法。


deltadef.jpg

 

這個公式就是用制訂標準(standard)和採集樣本(sample)的12C、13C來算他們之間的比例。

好!沒關係!如果你看到這個公式就覺得頭昏眼花,不知道到底地質學家在搞什麼鬼,

不要灰心,這邊給你一個小撇步,只要記得兩個招式

1. 如果今天取回來的樣本,δ 13 C比較大,就代表這塊樣本的13C相對較多,或是12C相對較少

2. 如果今天取回來的樣本,δ 13 C比較小,就代表這塊樣本的13C相對較少,或是12C相對較多

好啦,回歸正題,今天正常情況下的大自然中,會行光合作用的生物是會偏食的,

像是海中的藻類或是原生生物,在吸收二氧化碳的時候,會優先使用12C,

所以海水中的12C含量會相對較少,使得海中的碳酸鹽類沉積物樣本,測出來的δ 13 C會比較大。

碳12碳13含量.png

但科學家發現,在疑似發生雪球地球事件過後的海中碳酸鹽類沉積物的δ 13 C,

竟然比雪球地球之前還要小,

這代表什麼意思呢,帶大家複習一下,

如果今天雪球地球之後的樣本δ 13 C比較小,就代表這塊樣本的13C相對較少,或是12C相對較多

科學家因此推測,可能是因為雪球地球時,全球氣溫驟降,許多光合作用的生物無法生存,

使得常被光合作用生物使用的12C,在海中的含量變高,

所以海中碳酸鹽類沉積的樣本,就符合剛才所說,雪球地球後樣本δ 13 C較較小。

 

小結論

聽完這些證據的解釋,你是不是點頭如搗蒜,快要被我們給說服了呢?

還是你是越聽眉頭越皺,覺得這些證據的破綻百出呢?

不管你覺得如何,雖然雪球地球發生過的證據聽起來有一定的邏輯,但許多科學家還是抱持著

懷疑的態度,認為根本不曾發生過這件事,

因此我們居住的地球,到底有沒有被冰封成一顆大雪球,其實是一個還在爭論的議題。

但不論如何,很難想像整顆被冰封的地球,會是一個怎麼樣的世界啊?

 


 

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