出现冰期的原因

出现冰期的原因

过去100万年间出现的那些冰期显然都没有能使我们这个星球上的生命绝灭，甚至人类也依然存活了下来。人类及其祖先顺利地渡过了所有那些冰期，照样迅速地进化着和发展着，看不出有过停顿。

尽管如此，我们仍有理由提出这样的问题：等待着我们的是不是有另一次冰期？下一次冰期是否同以往的那些冰期一样？虽然冰期还不至于使生命或者人类绝灭，也就是说，不会是这种意义上的灾变，但是，只要想到整个加拿大和美国北部1/4的国土都有可能覆盖在近两千米深的冰川之下（且不说欧洲和亚洲的部分地区也会遭此厄运），那就十分令人可怕了。

为了判断冰川会不会重新回来，我们有必要先搞清楚是什么因素导致出现这样的冰川时期。在这样做以前，我们必须明白让冰川运动并不是什么非常困难的事情，我们无须假定出现那不可能有的大变化。

就是现在，北美和欧亚的许多地方每年冬天都会降雪，使那些地区覆盖着冰雪，仿佛冰期已经回来了似的。不过，那里的积雪只能达到几厘米到两三米厚，在夏季就会全都融化。一般说来，两个过程能够保持平衡；就平均而言，冬季降多少雪，夏季就融化多少雪，不会有什么净变化。

但是我们可以设想，由于某种原因夏季也许会变得比正常情况稍凉一些，比如说，温度只低了两三度。这种降温变化如果不是一直降下去，我们很可能会觉察不到。更可能出现的情况是有的夏季要热一些，有的夏季要凉一些，热夏和凉夏都呈随机分布。如果出现热夏的次数比出现凉夏的次数少的话，那么平均而言，在冬季降下的雪到夏季就有可能不会全部消融。于是，年复一年，大地上的积雪就会越来越多。这种积雪增加的过程将会十分缓慢，然而，在北极及其附近，以及在高山区，却会比较明显。积雪变成冰就形成了冰川，它们存在于北极地区，甚至存在于低纬度地区地势比较高的地方。到冬季，它们会发展和向外扩展；而到了夏季，它们会退缩回去，但是退缩得会少一些。于是，一年又一年，冰川就会发展起来，越长越大。

这样一种变化具有正反馈作用。冰反射太阳光要比裸露的岩石和泥土更厉害。冰能把射到它上面的太阳光约90%反射回去，而裸露的土壤则只能反射不到10%。这意味着，被冰覆盖的面积越大，照射到地球表面的太阳光就被反射得越多，而被吸收得越少。这样一来，地球的平均温度就会再下降一些，也就是说，夏季会变得再稍微凉一些。于是，冰雪覆盖面积扩展的速度便会进一步加快。我们看到，起初只是非常小的一点降温效应，结果却导致冰川的成长变大，然后又扩展成大片的冰层。这些冰层缓慢地向外伸延，一年又一年，最终则有可能覆盖住非常大的地区。

一旦冰期完全到来，冰川向南伸延到相当远的地方，就又可能出现一种本身也非常小的相反的效应，最后会导致冰川的全面退缩。如果连续许多年夏季的平均温度都升高两三度，那么夏季融化的雪就会比冬季降下的雪更多，地球上的冰便会一年比一年少。随着冰雪覆盖面积的减少，整个地球反射的太阳光也会有所减少，从而会吸收较多的热。这样一来，夏季又会变得更加温暖，从而加速冰川的退缩。

现在我们要搞清楚的是，引起冰川前进和后退的那种最初的降温和升温效应是什么原因引起的。要搞清楚这一点并不难。不过麻烦在于，可以分析的原因很多，我们不知道其中哪些才是真正的原因。例如，太阳本身就有可能成为起因。我们前面曾经提到，当太阳活动出现蒙德极小期时，地球上的气候正好是普遍变冷。事实上，人们有时就把那个时期称为“小冰期”。

如果蒙德极小期同小冰期之间的确存在着因果联系，也就是说，是太阳活动处于极小使得地球变冷，那么，也许每隔10万年左右太阳就会经历一次旷日持久的蒙德极小期。那样的蒙德极小期持续时间不会只有几十年，而会是几千年。到那时，地球变得寒冷的时间也许足够长，可以开始并维持一次冰期。如果太阳再次黑子变多，那以后充其量只经历一些短暂的极小期，那么地球就会变得稍微暖一些，冰川便会开始后退。

冰川前进和后退的原因可能就在于此，不过目前还没有什么证据。也许，在我们进一步研究了太阳的中微子，搞清它们的数量为什么那样少以后，我们对太阳内部进行的活动会了解得更清楚，从而掌握太阳黑子周期的奥秘。到那时，我们将有可能把黑子的变化同冰川活动的周期联系起来，从而预言是否会有下一个冰川时期以及它将在什么时候到来。

然而，冰川活动的原因也可能不在太阳本身，太阳的照射也许是十分稳定的。冰川活动的原因还有可能是地球和太阳之间空间的性质发生了变化。

我在前面曾经讲过，另一颗恒星或者来自星际空间的其他小天体同我们的太阳或者地球作近距离相遇的可能性是非常小的，简直可以忽略不计。但是，在我们所在的银河系（以及其他类似的星系）的这个外围地区却有不少的尘埃和气体云，当我们的太阳沿着轨道围绕银河系中心运行时，很可能会从某些尘埃—气体云中穿过。

这些尘埃—气体云，按通常标准看，是非常稀薄的。它们不会毒化地球的大气，更不会对我们人类直接造成伤害。普通的观测者可能根本不会觉察到太阳正在穿过这类尘埃—气体云，它们自然更不会引起什么灾变。1978年美国宇航局的一位科学家巴特勒（Dixon M.Butler）甚至认为，我们的太阳系在它一生中至少已经有十几次穿过非常大的这样的云团，如果有过什么影响的话，那一定也是微不足道的。

尘埃—气体云中的物质几乎全都是氢和氦，它们不会对我们有任何影响。但是，这种云也有1%的质量是由尘埃组成，即一些冰或岩石的微粒。每一颗这样的微粒都会反射太阳光，或者吸收太阳光然后再作二次辐射。结果，穿过这些微粒到达地球表面的太阳光就会比平时要少一些。

这些微粒减少照射到地球的太阳光不会太多。太阳看起来同平时一样明亮，闪烁的恒星似乎也没有什么不同。然而，如果太阳穿过的尘埃—气体云特别浓密的话，那么其中的微粒就有可能遮挡住足够多的太阳光，刚好使夏季降温到能够触发起一场冰期。太阳穿出那团尘埃—气体云，可能就是冰川开始后退的原因。

很有可能，在上一个100万年里，我们的太阳系正好在穿过银河系的一个多云的区域。每当我们从一团特别浓密的云中穿过时，由于照射到地球的太阳光减少，就会开始一场冰期；而穿过那团云以后，冰川就开始后退。在上一个100万年以前，有长达2.5亿年的时间实际上没有一次冰期，那段时间我们太阳系可能正在通过银河系的无云区域。比那更早，则是正在形成前面提到过的泛大陆的那个时期，又适逢一次冰期。

很有可能，每过2亿—2.5亿年，地球上就会经历一连串的冰期。因为这个时间同太阳系围绕银河中心运行的周期差不太多，所以，很可能我们每运行一周通过的都是那同一个多云区域。如果我们目前已完全通过这个区域，那么，我们可以指望在今后大约2.5亿年里完全没有冰期。倘若不是这样，那么过不了多久，肯定就会出现下一次冰期，甚至是一连串的冰期。

例如，法国的一个天文学家小组曾在1978年提出证据，指出太阳系有可能就要进入前方的一团星际云。可以认为，太阳系现在向它接近的速度是每秒钟20千米。以这样的速度，大约再过5万年，太阳系便会到达它的边缘。

不过，也许太阳本身和星际空间的尘埃云都不是引起冰川活动的真正原因。也许地球本身，甚至地球大气层，就提供了所寻找的机制。太阳辐射到达地球表面必须通过大气层，当然会受到大气层的影响。

我们知道，到达地面的太阳辐射主要是可见光。太阳辐射的峰值本来也是落在可见光波长处，这一部分辐射很容易穿过大气层。其他形式的辐射，如紫外线和X射线，太阳产生得较少，它们会被大气层遮挡住。

在没有太阳的时候，比如在夜里，地球表面会向外层空间辐射热。这种辐射主要是波长较长的红外线，它们也能够穿透大气层。在通常条件下，这两种效应是平衡的。白天，地球的表面沐浴在阳光下吸收了多少热，夜间，它就会散失掉多少热。平均而言，地球表面的温度每一年都会保持一样。

地球大气的基本成分是氮和氧，它们对于可见光和红外辐射都有相当好的透明度。但是，大气中的二氧化碳和水汽虽然对于可见光是透明的，却不能透过红外辐射。这一点，是爱尔兰物理学家廷德耳（John Tyndall，1820—1893）指出来的。二氧化碳只占地球大气的0.03%，水汽的含量经常变化，不过也很低。因此，它们不会把红外辐射完全遮挡住。

但是，它们毕竟会遮挡住一些红外辐射。如果地球大气完全不含二氧化碳和水汽，到夜间就会有比现在更多的红外辐射散失到空间。在那种情况下，晚上就会比现在冷，而白天，由于是从比较冷的清晨开始加热，也会比现在凉。因此，地球的平均温度肯定要比现在低。

我们现在大气中的二氧化碳和水汽虽然含量很少，却也能阻挡住足够多的红外辐射，起到一种替地球保温的毛毯的作用。它们的存在肯定使地球的平均温度较之它们不存在的情形为高。这种作用叫做“温室效应”，因为温室的玻璃就起着相同的作用：让可见光透入室内，却不让红外辐射从室内射到室外。

现在我们假定，由于某种原因，大气中的二氧化碳含量稍微升高了一些。比如说，增加了一倍，达到0.06%。这一点变化当然不会影响到我们的呼吸，如果不是通过这种变化的其他效应，我们恐怕根本觉察不到。当大气中的二氧化碳稍许增加时，它对红外辐射就会变得更加不透明。既然红外辐射更不易散失出去，地球的温度自然就会稍许升高。由于温度稍许升高，海洋的蒸发便会加快，这又会增加空气中水汽的含量，而后者则会进一步增强温室效应。

另一方面，我们也可以假定大气中的二氧化碳稍许有所减少，比如说从0.03%减少到0.015%。在这种情况下，红外辐射会比较易于散失，地球温度将会稍许下降。由于温度下降，大气中的水汽也会随之减少，从而进一步减弱温室效应。地球温度由于大气成分变化而出现的升高和下降，有可能足以终结或者开始一次冰川时期。

但是，有什么因素能导致大气中二氧化碳含量的上述变化呢？动物能产生大量的二氧化碳，可是植物会恰好把它们消耗光，因此从整个生物界来说，这种效应会总是保持平衡。⁽¹⁾不过，地球上还有一些同生命无关的自然现象，它们也能产生或者消耗二氧化碳，有可能破坏掉这种平衡，而成为冰川进退运动的诱发因素。

例如，大气中的二氧化碳会大量溶解在海水中，不过，这些溶解在海水中的二氧化碳极容易逸回到大气。二氧化碳还能够同地壳中的氧化物发生反应而形成各种碳酸盐，并以这种形式长期禁锢在其中。

当然，地壳的那些早已裸露在空气中的部分早已经吸收够了二氧化碳，无法再吸收了。然而，在造山运动时期，却不断有新的岩石上升到地球表面，它们还未曾同大气中的二氧化碳接触过，因而能够成为吸收二氧化碳的介质，使大气中的二氧化碳含量减少。

另一方面，火山爆发时会把数量巨大的二氧化碳喷发到大气中，因为火山爆发时的巨大热量能把岩石熔化成岩浆，分解其中的碳酸盐，从而让二氧化碳重新游离出来。遇上火山特别活跃的时期，大气中的二氧化碳就有可能增多。

无论火山还是造山运动，它们都是地球构造板块运动的结果。这一点前面已经讲过。不过，在有些时候，发生火山爆发的条件会比形成山脉的条件更普遍；而又有一些时候，则是造山运动比火山更活跃。

很有可能，在地球历史上曾有一个时期造山运动特别活跃，大气中的二氧化碳含量减少，从而地球表面的温度有所下降，冰川在那时就开始前进。以后火山运动又占优势，二氧化碳增多，地球表面温度随之升高，原来的那些冰川就开始后退。

当然，事情毕竟不会像上面讲的这样简单。比如说，如果火山爆发过于剧烈，会有大量的火山尘埃被喷射到同温层，那就有可能造成像1816年那样的许多“没有夏季的年份”。而这种情况，也可能导致发生冰期。

根据对海洋沉积物中火山灰的研究，人们发现，在最近200万年里大约有过4次非常激烈的火山爆发，它们的强度完全可以同那以前1800万年中火山爆发的强度相比拟。这样说来，也许正是多尘埃的同温层正在使地球目前周期性地经历着一系列的冰期。