跨越三亿年的极寒凛冬，地球如何破局？

许多科幻电影都把地球末世的场景营造在一个冰天雪地，山海冰封的环境之中，例如《后天》、《雪国列车》以及我们的《流浪地球》，这些景象并不是没有科学依据，而是真实存在过，而且有过之而无不及。

在地球漫漫历史长河里，地球经历了多次冰河世纪，山河被冰川覆盖，海洋被厚冰冻结，距离我们较近的就是第四纪冰期，然而比起20亿年前那场跨越三亿年的“休伦冰期”，第四纪冰期也不过是一场无关痛痒的“微澜”而已。

01地球往事

30亿年前，对人类来说，那是一个很遥远的时代，距离恐龙诞生还有28亿年，距离三叶虫诞生还有25亿年。地球结束了岩浆时代不久，逐渐形成稳定的陆核，一块面积比现在的澳大利亚面积还要小的大陆突兀地凸显在陆表海环绕的地球上，大陆还是一片死寂。

海洋也还未上演你死我活的厮杀，能自由运动的动物和植物都未出现，海洋尚处于宁静安详的“田园时代”。只有一些简单的原核生物，安静地栖息在广阔的陆表海之中，随着潮涨潮落，堆叠起书页般的纹理，记载着生命印记和悠悠岁月，以供后世追溯。

太古宙海洋

此时，大气中还充满了二氧化碳、二氧化硫、甲烷和氨等还原性气体，这种环境促生了大量的厌氧型生物，它们以大气中的这些气体为食，大量繁殖，最为成功的就属蓝藻。蓝藻以二氧化碳，接受阳光的辐射之后释放出氧气，成为名副其实的“氧泵”，然后迅速地遍布了整个星球，逐渐使这个死气沉沉的星球有了生命的气息。

然而，事实证明氧有毒。

02有氧生物的曙光

经过几亿年之后，蓝藻之类的原核生物大规模造氧，之前的二氧化碳、二氧化硫等气体大幅度减少，大气中充满了氧气。厌氧生物无法耐受这种恶劣的高氧环境，大部分厌氧生物逐渐灭绝，在一些特定环境条件下，某些厌氧生物仍然能够生存，并一直繁衍到今天，例如深海的火山环境中还有一些厌氧细菌生存。

蓝藻

过去海洋中的厌氧生物已经难以生存，生命的形式又做出了改变。一种具有专门消耗氧气的原核生物开始出现，这种能消耗氧气的原始生命就是线粒体，线粒体在有氧环境中可以生存，而且它们可以将其他生物光合作用合成的葡萄糖消化分解变成可以被自己利用的能量。不过，线粒体虽然功能强大，但自己仍然有缺陷，毕竟在结构上过于简单，难以形成复杂的生命形式。

线粒体生物想象图

此时，一些厌氧细菌生物一不小心和线粒体发生了融合，也许是线粒体感染厌氧生物。线粒体进入这种单细胞生物后使后者获得了对付氧气的关键武器，让这些细胞拥有克服高氧毒性的能力，线粒体和原始厌氧细胞形成了一种奇特的共生关系。

但是随着时间的演化，线粒体被这些生物同化细胞的一部分。拥有线粒体的细胞就是我们现在所熟悉的所有需氧生物包括各种高等动物和植物的祖先，这些生物给以后的演化埋下了伏笔。

但是在那个时代，这些简单的有氧生物的数量比起蓝藻数量就相形见绌，大气中的氧气含量依旧持续升高。

03极寒凛冬

虽然有氧生物出现了，但是也无法逆转大气含氧量大幅度增加的局面，造成了地质学家常提到的“大氧化事件。”

由于蓝藻之类的生物吸收了大气中的二氧化硫、氨气等还原性气体和甲烷、二氧化碳等温室气体，并且释放大量的氧气。这使得原来处于还原环境中的地球现在处于一个氧化环境之中。

在还原环境中，地壳中的金属处于低价态，例如铁元素以亚铁离子的状态存在，当突然暴露在氧化环境中，这些金属元素会和空气中的氧发生氧化反应。

在这些元素中，镍是确保产甲烷细菌生存的重要元素。如果缺少镍，对产甲烷细菌至关重要的酶就会遭到破坏，从而导致产甲烷细菌死亡。而产甲烷细菌是破坏氧气的重要微生物，它们在数亿年间，一直阻止氧气在早期的地球大气里积聚。如果产甲烷细菌的数量大幅减少，则会使氧气不受破坏，从而让大气中充满氧气，于是“大氧化事件”发生。

大氧化证据——磁铁矿

但就在蓝藻创造的氧化环境中，镍元素大量被氧化，产甲烷细菌无法得到充足的镍而减少，产生的甲烷气体也随之减少。于是地球上的气体陷入了一个单一的循环，蓝藻大量消耗温室气体，生产温室气体的生物大量消失，无法产生温室气体，双重的结果就导致了大气层温室气体急剧下降，地球无法保暖，温度大量散失。

终于，大氧化事件之后迎来了大冰期。冰川从两极开始逐渐向低纬度蔓延，而且范围越来越广。随着冰川的前进，地表对太阳辐射的反照率增大，环境温度逐步降低，直接将冷室效应带入了一个持续堆栈的死循环。

科学研究表明，当地球表面有一半被冰覆盖的时候，全球冻结将成为不可逆转的趋势。

冰封的地球

终于，冰川将赤道附近的海浪凝固，全球性的冰川冰封曾经的一切，地球进入了“休伦冰期”，而且持续了三到四亿年。

虽然人类无法目睹当时冰遍四海，千里凛冬的景象，但是也许可以在太阳系找到类似的场景。木星的第二颗卫星就是被一层巨厚的冰层覆盖，虽然无法得知冰层下面海洋世界，木卫二表面的景象估计与当时的地球相差无几。

木卫二

我们也无法得知，我们的祖先如何跨过长达三亿年的暗无天日，生命的极限已突破了我们想象的极限，也许就在木卫二欧罗巴巨厚层的寒冰之下，正上演着我们祖先经历过的故事。

04末日重启

被白色冰川覆盖的地球已无法通过太阳辐射的能量自行解封，在外界能量无法介入的情况下，谁才能是地球的破冰者呢？

液态水和活跃的岩浆活动是生命诞生的两个必要条件，而恰好地球两个都满足了。

活跃的岩浆活动不仅诞生的生命，释放的气体形成了大气层，而且给地球创造了防护罩——地磁场。虽然它有时候有些暴躁，也会毁灭生命，我们熟知的三叠纪初的那次生物大灭绝就是它的杰作，火灭了地球近90%的生物。在这种地球生死存亡的关头，活跃的岩浆忍不住动了。

火山喷发

大规模的造山运动开始了，伴随而来的是大规模的火山喷发。当然依靠火山喷出的岩浆是不足以融化整个星球的冰川，而是依靠它喷出的它曾经创造过生命的那些气体——二氧化碳、二氧化硫、氨气之类的温室气体，间接地改变大气圈的成分，重新开启地球。

火山持续运动，温室气体在大气中越聚越多，地球的小棉袄就回来了，可以保存太阳辐射的能量，就能使平均温度能够重回冰点之上时，三亿年之久的极寒凛冬便开始融化。

冰期之后的海洋

久违的海洋重现，生命的家园复苏。三亿年的冰封并没有让地球沦为没有生命的荒芜行星，而是标志着原核生物的时代落幕，地球将要开启新的时代。

距离“休伦冰期”已经过去二十亿年，高山依然在隆升和剥蚀，海洋也依然在扩张和闭合。

地球将来会怎么样，没人会知道，但是曾经生活的在地球上的霸主换了一拨又一拨，生命的极限与耐力远非人类了解的那么透彻，人类也许也并不是地球最后的霸主，而是个过客。

end