最初的全球冰冻——休伦冰期

电影中，长毛象弗曼瑞德、树懒希德和剑齿虎迪亚戈踏上了一段惊险刺激的冒险之旅，穿越了一个充满冰雪的世界。这个故事背后揭示了一个真实而令人着迷的现象——地球的冰河时代。自地球形成以来，已经经历了五次重大的冰期事件，《冰河世纪》的故事发生在第四纪末次冰期时期。然而，地球的首次全球冰冻事件发生在远在20多亿年前的遥远时期，被称为休伦冰期。现在，让我们一起来了解一下关于休伦冰期的故事吧。

 

一、奇怪的石头，史前洪水or冰川遗迹？

 

科学家是如何确定古代冰河时代的存在呢？显然，当大规模的冰川蔓延至赤道附近时，使用温度计并不方便。因此，古代冰河时期的证据主要来自地质学的研究。早在19世纪初，地球科学学科出现后不久，地质学家们就开始寻找古代冰川留下的线索。地质学家们意识到，冰川可能会在基岩上留下巨大的划痕，同时将巨石带到遥远的地方，通常掉落在海洋中。通过观察这些划痕和迁移的岩石，地质学家们能够推断出冰川作用的存在。特别是更新世（约260万至11000年前）冰川现象的发现为地质学家们提供了重要线索，使他们能够更好地识别出数亿年前的冰川活动。

 

在18世纪末和19世纪初，困扰地质学们的一个难题就是如何解释巨石的出现。通过岩石学分析，他们发现这些巨大的石头并非是本地的，而可能是来自数百公里之外。困扰早期地质学家们的另一个问题是如何解释基岩中出现的长长的平行划痕。这些划痕可以绵延数米，且在坚硬的基岩上留下深浅不一的沟槽。一开始多数人认为这些巨石和划痕的出现可能是由一场大洪水造成的，例如《圣经》中记录的史前大洪水。1824年，英国地质学家威廉·巴克兰在《洪水的遗迹》一书中表达了这样的观点。然而，大洪水无法解释这些棱角状的巨石的出现，因为流水更倾向于搬运圆状的鹅卵石。洪水虽然可以解释远距离搬运的问题，但水如何能搬运如此大的巨石而不是留下全部鹅卵石？事实上，冰碛石的棱角多是非常尖锐而非圆状，这种砾石一般出现在近距离快速堆积的沉积物中，如山体滑塌等。因此，大洪水并不能很好地解释这些现象。

 

英格兰北约克郡地区的冰川巨石

 

加拿大安大略省的冰川划痕遗迹

 

早在1787年，瑞士的伯纳德·弗里德里希·库恩就曾提出，巨石可能来自冰川搬运，因为他看到了瑞士的冰川携带有类似的巨石。数年后，地质学之父詹姆斯·赫顿在瑞士和法国考查期间也得出了类似的结论。1824年，挪威博物学家延斯·埃斯马克发现冰川移动可以在地表形成刻痕，因而提出冰川造成了挪威地表基岩的划痕。受埃斯马克的影响，德国博物学家莱因哈德·伯恩哈迪在1832年发表了一篇文章，认为德国中部，甚至整个欧洲，曾经有一个极地冰盖。瑞士古生物学家路易斯·阿加西是冰川理论的早期拥护者，1837年，他在瑞士自然科学学会年会上提出，被认为是大洪水遗留物的许多现象实际上是冰川作用导致的，欧洲的大部分地区曾经应该被冰盖覆盖并处于冰河时代。然而，他的观点在会议上引起了混乱，没有得到与会者的接受。1838年，巴克兰在德国听取了阿加西关于冰川作用的演讲，开始对自己的大洪水学说产生了质疑，并最终成为冰川学说的拥护者。巴克兰随后说服了最有影响力的评论家查尔斯·莱尔，莱尔立即写了一篇论文来支持他的观点。然后，阿加西、巴克兰和莱尔参观了苏格兰高地，在那里，阿加西向他的同事们展示了许多长期以来无法解释的独特地质现象，这些正是苏格兰曾经被冰川覆盖的证据。1841年，爱德华·福布斯在给阿加西的信中写道：“你让这里所有的地质学家都为冰川而疯狂，他们正在把大不列颠变成一个冰窖。有一两个伪地质学家试图反驳你的观点，有些可笑，有些荒唐。”

 

经过多年对诺亚洪水造成的地质现象的解释，19 世纪的英国地质学家威廉·巴克兰接受了冰川作用的证据。他成为冰河时代理论的支持者

 

今天，我们知道冰川具有搬运作用，可以将冰川侵蚀产生的碎石和山体崩塌的石块搬运到遥远的地方。冰川运动时会形成底部滑动，冻结在冰川底部的砾石突出冰外，像锉刀一样不断进行磨损和刻蚀，从而在基岩表面形成擦痕和磨光面。这些地质特征已成为地质学家们确定古代冰川时期存在的重要证据。

 

二、休伦冰期，最漫长的冰河时代

 

1906年，加拿大地质学家阿瑟·菲利蒙·科尔曼在安大略省北部进行地质调查时，宣布发现了前寒武纪时期的冰川沉积物，即冰碛岩。他对休伦湖地区的砾岩所展现的冰川特征深感印象深刻。科尔曼在他的著作《Ice Ages Recent and Ancient》中的“Glaciation in Huronian Times”一文中提到，“冰川作用的范围非常广阔，我们必须假设有一个十分重要的降温过程，发现这些古代冰川作用的证据将彻底改变我们对世界的起源和历史的看法”。为了纪念科尔曼的发现，Gowganda组下部的冰川沉积被称为Coleman段。

 

冰碛岩，科尔曼拍摄

 

冰川运动素描图，科尔曼手绘

 

随后的研究揭示出大致在24亿至21亿年前，地球经历了一次漫长的降温时期，这也是地球演化史上发现的时间最长、最严重的冰河时期，其开始于古元古代成铁纪，结束于层侵纪晚期。因早期证据主要来自北美休伦湖地区而被命名为休伦冰期。

 

休伦冰期

 

在南非、北美和欧洲的芬兰、挪威、瑞典和丹麦等地区都发现了古元古代低纬度冰川记录。南非卡拉哈里沙漠拥有45米厚的锰矿，这些锰矿石也被认为是22亿年前全球冰冻的残留结果。

 

休伦冰期大致与大氧化事件同时发生，这一时期大气中氧气浓度激增而甲烷大量减少，从而降低了地球的温室效应，导致温度下降，进而引起冰室效应。代表真核生物的蓝藻在古元古代海洋浅滩大量繁殖，是这次地球富氧和温度下降的始作俑者，其通过光合作用释放出氧气，从而改变了海洋和大气的成分，并使早期海洋中的厌氧原核生物大量死亡。火山活动的间歇停滞也被认为是诱发全球降温的关键因素之一。

 

休伦冰期在地球演化历史上具有重要的地位，至此之后，地球的氧气浓度逐渐上升，真核生物大量繁殖，为生命爆发式进化完成了重要的一节前奏。

 

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编辑：郭俊丽

校对：张   凡

审核：梁   忠

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