寒冬时节话冰期

（选自《地球》1983年第一期。作者秦志能、张立汉）

俗话说“冷在三九”。1983年元旦刚好是二九的第二天，本期《地球》杂志出版的1月8日，正巧进入了三九天，到了一年之中最为寒冷的季节。在这寒冬时节聊聊地球的冰期，和冰期的成因，可能会引起读者的兴趣。
三大冰期
地质历史上有三大冰期，即震旦纪大冰期、石炭纪-二叠纪大冰期和第四纪大冰期。
震旦纪大冰期的冰川堆积物遍布全球。我国长江三峡和整个长江流域的南沱冰碛层就是这次冰期的大陆冰川堆积物，其中有许多大大小小的石块与泥土混杂在一起。如果把这一时期的冰川堆积物加以分析对比，可以发现震旦纪时期，我国南部冰川范围十分广大，但并不是完全连成一片，可能是若干个大大小小的冰盾，并有几次冰川进退。而在华北和东北的震旦纪地层中，则有石膏层和龟裂纹构造，代表温热和干燥的气候。
石炭纪-二叠纪大冰期主要发生在南半球，现在非洲的扎伊尔、赞比亚一带当时都被冰川覆盖。北半球只有印度约三分之一的地方是冰天雪地，其他大部分地方在地层中含有煤炭和珊瑚礁，表明了北半球当时是一种湿热型的气候。
约三百万年前开始的第四纪大冰期，有五到八次亚冰期，最盛时冰川覆盖面积可达地球总面积的32％（现代仅为10％）平均而论，亚冰期比现代气温低3到7℃，雪线比现代低300～1200米，寒冷气候带明显向南扩展。第四纪大冰期一次最大亚冰期时，地球上冰川的总体积达3300万立方公里，而现代大陆冰川总体积仅为1500万立方公里。冰川发育，则海平面降低；冰川融化，海平面又升高。据研究，第四纪由于冰川的原因，海面涨落幅度可达135米。
冰期的由来
从整个地球气候史看，温暖时期占绝大多数，冰期只是几个小插曲而已。近两亿五千万年至今来说，冰期只有不足两百万年的时间。是什么原因使温暖的气候出现几次寒冷的时期呢？总的来看，具有代表性的有如下几种假说：
（1）银河系自转，带动包括地球在内的太阳系，约2.5亿年转一周，当地球转到宇宙尘稠密的区域时，地球受到的太阳辐射热能减少，气候变冷，出现冰期。
（2）地球公转轨道偏心率在变化，九万三千年一个周期；地轴在空间每两万六千年做一个圆周形摆动；地轴对黄道面的夹角，从21度30分到24度30分，每四万年一个周期在变动着。有人把这些因素组合起来绘出一条曲线，这条曲线与近60万年来气温的变化有一定对应关系。也有人提出，黄赤交角周期性的变动，就是冰期出现的原因。这个假说1933年由苏联科学家米勒科维奇提出，近年来为美国哥伦比亚大学的德·海斯教授所证实。
（3）“地球轨道变圆论”认为，由于木星的摄动，使地球轨道在椭圆和正圆之间变化，约十万年一个周期，如果轨道变圆，则日地距离变远，引发气温下降，出现冰期。这个假说只能解释为什么第四纪频繁出现亚冰期。
气候冷暖更替，与地质历史上地壳运动及海水进退有一定关系。如震旦纪、石炭纪-二叠纪、第四纪三个大冰期，就与元古代末期地壳运动、海西运动以及喜马拉雅运动这三次强烈的地壳运动相对应。有学者解释说，地壳运动起因于地球自转速度的变化。当地球自转速度变快时，影响到脆弱的大气圈，两极的冷空气大量涌向赤道，使气候变冷。所以地球自转速度的变化，不仅是推动海水进退、地壳运动的动力，而且也影响着地球气候的变化。
关于地壳运动与冰期的关系还有几种说法，有人认为强烈的地壳运动使火山活动变得频繁，火山喷发把大量火山灰和水蒸气喷入大气层，遮蔽太阳辐射，使地球气候变冷；有人认为强烈的地壳运动使大陆上升，气温下降，造成冰川活动；大气中的二氧化碳有保持地面热量不致散失的作用，即所谓温室效应，有人据此提出，地壳运动使大陆上升，大量的新鲜岩石暴露在空气中，岩石风化使二氧化碳浓度降低，温室效应减弱，气候变冷出现冰期。
大陆漂移学说认为，不同的地质时期，各大陆相对于两极的位置是不同的，在靠近两极时，气候变冷，出现冰期。如在石炭纪-二叠纪时期，现在的非洲、澳洲、南美洲、南极洲和印度半岛当时是一个整体，即冈瓦纳古陆。当时的南极就在非洲，所以整个古陆都有冰川活动。后来古陆解体，分裂的各大陆逐渐移动到现在的位置。而现在环北极区域的陆地，当时位于太平洋中，没有留下冰川的痕迹。这就很好解释为什么两亿五千万年前的冰川遗迹只局限于南半球。
“地球磁场倒转论”认为，地球南北磁极能互相倒转，在磁极倒转的过渡时期，地球磁场相当微弱，带电粒子和宇宙尘弥漫大气层，结果导致降水增多。有人经研究指出，上一次磁极倒转，大雨大雪断断续续下了几百年。这样，阳光被遮蔽，气温下降，就出现冰期。
还有一个叫北冰洋假说，认为北冰洋处于半封闭状态，海水通过海峡和温暖的太平洋、大西洋交换，湿润气候使北冰洋上空降雪增多，形成冰盖，这样又使太阳辐射大部分被反射掉，气温下降。北冰洋结冰的结果是洋面下降，几乎与太平洋、大西洋隔绝，使气候变得干冷，冰雪得不到补充。物极必反，这样反而使北冰洋冰川退缩，气温回升。这种学说只能说明第四纪亚冰期、亚间冰期多次重复出现的事实，而对整个冰期历史就难以解释了。
关于地球冰期成因的理论还不止这些。只不过以上提到的七种假说最为普遍。到底是什么原因使地球发生冰期，还有待于继续探索。
研究冰期的意义
对古冰期的研究既具有理论意义，也具有实践价值。我们掌握了古气候演变规律及地面上冰期的各种表现，可以进行气候的长期或超长期预报。冰川作用造成了独特的地理环境，引起生物界的一系列变异，使水文网改观。因此它是研究生物进化、复原地质历史必不可少的资料。冰川和冰水堆积物中，常含有金刚石、锡、钨、金等重矿物颗粒（如我国湖南西北部、贵州东北部、江西及湖北等地的砂金矿），具有开采价值，并可根据冰川的来龙去脉，追索原生矿源。冰川泥砾结构坚实，不透水，是良好的隔水层，兴修水利和选址建厂有可能会和冰川泥砾打交道。而冰水沉积物往往是较好的含水层，可以提供丰富的地下水。我国新兴的工业城市渡口市（攀枝花），由于冰川科研工作者建立了整套的第四纪冰期、间冰期地层系统，为钢铁联合企业的地基处理问题节省了大量资金，加快了工程建设的速度。此外，干旱和半干旱地区的现代高山冰川，本身就一直被当做一种极其宝贵的水力资源加以利用。

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