冰期

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地球在46亿年的历史里，至少出现过五个大冰期——冰川覆盖整个大陆的时期。在地球的全部气候史中，这五个大冰期不过是异常的片段（总长才5000万—2亿年，占比仅1%~4%），但它们却毁灭了整个生态系统，留下了大片冰碛。

冰期是指巨大的冰原与小一些的冰川覆盖着地表广大区域的时代。在冰期中，这个星球寒冷、干燥且荒凉。尽管少数森林尚存，但更多的却是冰川和荒漠。冬天更长，也更严酷，冰原无边无际，厚度达数千英尺。这些冰原自身重量巨大，在重力推动下，它们从高海拔区缓慢移动到低海拔区。在这一过程中，它们改变了河道、破坏了整个区域的生态系统、夷平了大地并在周边沉积了大量冰碛。

冰期存在的证据

冰期——大洲规模的区域发生冰川作用——的证据有几个。在融化的冰川之下，广泛存在着一种独特的沉积土（称为“冰碛”）。它们含有多种岩石，来自四面八方的不同区域。此外，在带沟槽、有条纹且光滑的基岩平面，在冰碛的多棱体石头上，在夹杂了不同岩石类型的砾石层中，都留下了冰蚀的信息标记。那些被认为由冰原推移造成的侵蚀样貌，如冰川高地或U型谷，也可佐证冰期的存在。

这些证据表明，至少存在过五个大冰期：（1）前寒武纪时期冰期，17亿—23亿年前；（2）元古宙末期冰期，约6.7亿年前；（3）古生代中期冰期，约4.2亿年前；（4）石炭纪的古生代末期冰期，自2.9亿年前开始；（5）第四纪的更新世冰期，始于170万年前。在最近的这个冰期，冰原出现于北美和欧洲高原上，并占据了大半个北半球。巨大的冰原覆盖着现在的加拿大全境、五大湖地区的南部、格陵兰岛、斯堪的纳维亚半岛及俄罗斯。每个冰期至少持续了100万年，在此期间，巨大的冰原曾在广袤的盘古陆（古大陆或史前大陆）上来回移动。这些冰期的总共长度为0.5亿年到2亿年，只占地球46亿年历史的1%~4%。因此，冰期是地球气候史中极不寻常，却也极为短暂的片段。

冰期成因说

尽管科学家们已经对冰川进行了广泛研究，但对于冰期成因的解释，还没有任何单一学说被广泛接受。这几种学说分成了两类。首先是地（球）内（部原因）说。其中，1941年加拿大地质学家和探险家A. P.科尔曼（A. P. Coleman）认为，陆地海拔的变化为冰期提供了一个天然解释。也就是说，大陆板块的抬升会造成地面高度的增加（通过山脉升高或海平面下降），这就让陆地温度下降并形成了冰川。第二种理论则将陆地位置的变化与板块构造学联系了起来。1922年，德国地球物理学者阿尔弗雷德·魏格纳提出了大陆漂移说，认为各大陆在地球表面的漂移可能会让它们移到寒冷气候条件下，从而让冰原发育（尤其是一块大陆的气候主要是由其纬度和大小决定的情况下）。第三种理论认为，大范围的火山活动把灰尘喷发到大气中，将太阳辐射的热量反射回太空，因此造成地表温度下降。与此密切相关的是海气耦合假说。这个假说认为，海洋是唯一能提供足够水量来形成大冰川的水体。由于陆上冰原的形成取决于风和气候类型，合理的推测便是：海洋与大气间的巨大变化能造成冰期开始。另一种假说由美国气候学家莫琳·雷默（Maureen Raymo）于1998年提出。她提出，在过去4000万年里，地球气候变冷是由于世界各地山区的化学风化作用增强导致大气中二氧化碳减少，特别是喜马拉雅山脉，可能是它的隆起和风化实际引发了冰期。

一头猛犸象的插图，来自1875年出版的杂志《人类的自然史》，作者是A.德·卡特勒法热（A. de Quatrefages）。猛犸象的毛皮能让它在大冰期的严寒中活下来。

解释冰期的第二类学说是地外说。早在1875年，苏格兰科学家詹姆斯·克罗尔（James Croll）就提出，天文——地球绕日轨道的——变化，为冰期的开始创造了条件。他认为，月亮和太阳的干扰导致地球轨道的周期性变化，从而影响了地球所接收的太阳热量分配与地表的气候模式。热量越少，气候越冷。

克罗尔的理论在1938年被南斯拉夫科学家米卢廷·米兰科维奇（Milutin Milankovitch）修正，成为今天关于更新世气候变化最为人所接受的一种理论。米兰科维奇认为，太阳的辐射量是控制地球气候与形成冰期的最重要因素。辐射量的变化，他认为，取决于三个关键因素。（1）地球的绕轴自转不像轮子，而像摇摆的陀螺。米兰科维奇算出，每隔2.2万年，它的摇摆就会有细微变化（他称之为“岁差”）。（2）每10万年，地球绕日轨道也会改变（他称之为“偏心率”）。地球几近圆形的轨道变得更椭圆，也让地球离太阳更远。（3）最后，米兰科维奇发现，每隔4.1万年，地轴的倾斜度也会发生变化，使北半球或南半球远离太阳（这一过程被称为“地轴倾斜”）。这些周期意味着，在一定时期，到达地球的阳光会减少，因此冰雪融化就会减少。不但不融化，这些白茫茫的寒冷冰雪反而会扩展。经历许多季节不融，它们便开始堆积成山。雪将一些阳光反射回太空，也促使温度下降。而气温降低，冰川又开始扩展。可以看出，米兰科维奇周期足以导致巨大冰原的周期性扩张与收缩。通过考察这些变化对气候变化和到达地球的太阳能增减的影响，并将其代入冰原运动的电脑模型，科学家们证明：在过去60万年里，这些周期与更新世冰原的周期性扩张和缩减之间存在相关性。这些轨道周期的组合，导致北纬55°地区的夏季太阳光照减少。在高纬度地区，凉爽的夏日往往会让冬季的降雪连年不化，数千年冬雪的持续不化则会造成北方冰原生长，显然这会让新的冰期开始。

地球现在可能处于冰期。在每个大冰期中，冰帽和高山冰川都会在扩张与收缩之间摇摆。最后一次收缩约在1万年前结束，大概这只是一次摇摆，而非最后结局。不过，最近全球变暖的趋势降低了人们对冰期会在不远的将来回归的担忧。

克里斯托弗·C.乔伊纳（Christopher C. Joyner）

乔治敦大学

另见《气候变化》。