冰雪地球(3)
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冰雪地球是怎么融化的
如前所述，当冰雪-太阳辐射的正反馈机制启动后，其效果一发不可收拾，要是没有负反馈机制出现，地球会彻底变成一个越发坚硬的白色冰星球。全球冰川要从冰雪封冻中解放出来，起码热带地区的夏季平均温度要高于冰点，从-50℃上升到0℃，需要非常强的加热和温室效应。
目前，我们担心的全球变暖是因为大气中的二氧化碳含量在快速升高。在冰雪地球时期，为了让热带夏季温度高于冰点，就需要二氧化碳含量达到一个非常高的水平。不同地球系统模式的模拟结果表明，当时需要的CO2量从0.12个大气压(相当于目前CO2浓度的350倍)甚至到3.2个大气压。
尽管数值模式目前存在极大的不确定性，模式中的云物理、辐射和动力学参数过程等都不健全，可能无法真实有效地模拟新元古代时期的气候问题。但科学家绝对是有奇幻的想象力的，3.2個大气压是现在大气压力的3.2倍，这么高的数值让很多人觉得绝望，不知道怎么可能产生这么多的二氧化碳？
这意味着，一旦全球进入冰封状态后，可能永远无法恢复，那么地球又是怎么解冻的呢？尤其是考虑到冰雪地球条件下，大气中的水汽含量很少，水汽的温室效应非常弱，并且缺乏大热容量的液态水的存在，大气下垫面的日变化和季节变化都非常大，有些类似于火星现在的状况，尤其是夜晚和冬半球的温度异常低，这些都不利于冰雪融化。
与此同时，也还是有一些因素最终使得地球上的冰雪得以融化，最主要的就是火山活动。
在全球冰封状态下，地表化学剥蚀和有机物沉积速度明显减慢，大气中的CO2消耗量大大减少，但是补给量基本稳定——全球的火山活动持续将CO2源源不断释放到大气中，导致CO2浓度不断增加。经过上百万年积累，大气中的CO2浓度达到了较高水平，温室效应得以逐渐增强。
另一方面，火山喷发使得火山灰被撒到全球各地，冰盖之上可能覆盖和混杂有大量火山灰。当火山灰积累到一定量时，地球的反照率大幅度降低，使得临界CO2不需要达到恐怖的0.12～3.2个大气压。
随着温室效应的增强和地表反照率的降低，气候系统终于开始从太阳辐射中吸收更多辐射，使得赤道和低纬度地区的洋面融化。当开阔的洋面出现后，又会启动另外一个正反馈机制，即冰雪减少产生开阔洋面导致地球反照率降低，入射的太阳辐射增加，地球气温得以升高，冰雪由此进一步融化、减少，使得反照率进一步降低，入射太阳辐射进一步增加……
当冰雪消融后，由于全球温室气体含量超高，引起的温室效应非常强烈，因为碳酸盐的形成和光合作用消耗二氧化碳是一个非常缓慢的过程，可能需要数百万年，因此在这段二氧化碳含量超高时期，地面的气温有可能高达50℃，此时超高二氧化碳形成的就不是温室效应，而是热室效应了。
从全球冰封到50℃的高温，地球经历了剧烈的极寒和极热气候的交替，霍夫曼等认为，这种剧变对生命进化起着选择和过滤的作用：在极端气候交替中能迅速适应极端环境的生物，可以快速演变和实现基因变异，这些基因变异使得生命最终朝着更复杂的种类进化。数百万年过去后，碳酸盐的形成和光合作用大量消耗掉二氧化碳，温室效应得以减弱，地球才逐渐进入到气温稳定的状态。
地球上的生命如何延续
当冰雪地球上的冰雪终于消融、洋面解冻之后，假如当时地球上有生命存在，冰川的消退为这一小部分生命提供了巨大的生存和繁衍空间。在这样的生存环境里，生存竞争非常微弱，所以我们不用担心冰雪消融后生命的演化问题，只需要关注全球冰封的时候生命是怎么度过这一漫长时期的。
在那个时代，生命的形式非常简单。由于当时的地球还未形成臭氧层，生物不敢冒险跑到陆地和海洋浅层，大多生活在10米以下的世界里，地球上最高级的植物不过就是藻类，最高级的动物也就是三叶虫而已，因此这个阶段的生命具备经受严酷考验的实力。在火山岛屿附近或大地热液较高的地区，一些古细菌如产甲烷菌、极端嗜热菌等可能在高压、黑暗、缺氧、含硫等极端环境下生存。
当然，如果在冰雪地球下生命都能照样存活，那么我们是否可以认为在冰雪覆盖的泰坦(土卫六)上也有生命呢？目前似乎没有证据证明这一点。
为了给生命的延续提供合适空间，近年来研究人员又提出一系列假设，以便为生命开拓存活的通道和空间，比如：
薄冰雪球(Thin-ice Snowball)假设 该假设认为，热带地区没有被厚厚的冰雪覆盖，而只是覆盖着一层薄薄的冰雪。这样一来，阳光可以穿透过去，使得生命在海洋里能够有更好的条件延续下去。
泥泞地球(Slushball)假设 这一假设认为，全球并不是都覆盖有冰雪，在热带海洋中还有狭长海水带直接与大气接触，也就是存在有温度超过冰点的海水。
泥球雪球(Mudball)假设 此假说认为，低纬度地区的冰升华后，冰上的尘埃却被留下来。因为海冰不断向低纬度流动，使得中高纬度的尘埃也被带入低纬度的热带地区，所以尘埃会在热带不断累积，低纬地区一片泥泞。
耶梦加得雪球(Jormungand Snowball)假设 该假说认为，虽然地球上大部分海洋覆盖着海冰，但热带海洋中仍留存有一条窄窄的水道。这条水道的位置随季节变化而不停摆动，如北欧神话中的巨蛇怪耶梦加得。
为了挽救地球上的生命，科学家们也是想尽了办法。
未来的另一个地球
冰雪地球的研究远远没有达到理论成熟的阶段，文章开始提到的四个问题始终是焦点。一方面需要实际可靠且完整的地质资料证据进行相关研究，另一方面需要过程完整且可靠的地球气候系统模式来研究具体过程和机理，模式里不仅必须要有大气、海洋、冰雪圈，还必须包含云过程、气溶胶、碳循环过程和可靠的火山过程模拟。
这也意味着，人们还不能完全还原在距今7.5亿～6亿年里到底发生了什么。当时的真相还在重重迷雾之中。
冰雪地球不仅是气候剧变现象，对整个地球生态系统都有影响，它对当时地球上已经存在的生命构成了巨大挑战。不过，在冰雪地球事件结束后发生了寒武纪生物大爆发。或许这并不只是一种巧合。关于冰雪地球的研究也许能帮助科学家揭开寒武纪生物大爆发的谜团。
可以想见，冰雪地球的研究涉及到地球系统各圈层，包括大气圈、水圈、冰雪圈、生物圈、岩石圈以及各圈层的相互作用，地球科学各领域的科学家都可以从中找到自己的兴趣点。当然，冰雪地球的影响并不仅仅局限于科学家群体里，古气候的研究向来如此，启发科学家和社会去思考地球的历史和人类的历史与命运，对未来保持一种居安思危的谨慎乐观的态度。
冰雪地球的发生表明，即使在适应生命存在的星球上，气候也可能发生剧烈变化;但只要星球可以自发走出灾难性的气候状态，它依然可能适宜生命存在。这对人类搜寻地外生命具有启发性的意义。换句话说，或许某星球目前的气候条件并不适宜生命存在，但并不能说明这就是一颗无生命的星球，因为该星球有可能自发走出目前严酷的气候状态，到达一个适宜生命生存的气候状态，那或许就是未来的另一个地球。
【责任编辑】赵 菲 (魏科)