冰期

在地球46亿年的历史长河中，至少有5个漫长的冰期——冰川覆盖整个大陆的时期。这5个冰期在整个地球的气候记录中代表了非同寻常而又相对短暂的历史片断（跨度总共在5000万至2亿年，只及地球历史的1%至4%）。然而，它们却摧毁了整个生态系统，留下了一堆堆巨大的冰川碎片。

冰期是指当大规模的冰盖和被称作冰川的较小冰块覆盖地球表面广泛地区的时代。在一个冰期中，地球寒冷、干燥，不适宜居住。森林数量很少，只有大量被冰覆盖的地区和沙漠。冬天更长、更严寒，冰原形成巨大的尺寸，累积的厚度有数千米。这些冰原在重力及其巨大重量的驱使下缓慢地从高海拔地区移动到低海拔地区。在这一过程中，它们改变河道，破坏整个区域的生态系统，夷平自然景观，而且沿着它们的边缘堆积起成堆的冰川碎片。

冰期的证据

冰期——冻结成冰覆盖在大陆大小的地区——的证据来自几个方面。在正在融化的冰川下，独特的泥土沉积物（被称为“冰碛土”）被发现，这是一种分布广泛的沉积物。这些沉积物含有各种各样从不同地区累积而来的岩石形式。此外，冰川留下了各种形式的显著痕迹：沟槽状、条纹状、光滑的基岩铺面，冰碛土里的刻面石头，以及散布着的含有不同岩石类型的砾石层。冰期也以侵蚀的形式得到证实，这被认为是由于不断向前移动的冰盖造成的，其中有雕刻景观，诸如冰川高地或U形峡谷。

这样的证据表明至少有5个漫长的冰期：1.前寒武纪期间，17亿~ 23亿年前；2.元古宙末期，约6亿7000万年前；3.古生代中期，约4亿2000万年前；4.石炭纪，古生代末期，开始于2亿9000万年前；5.第四纪的更新世期间，开始于170万年前。在这个最近的时期，冰盖在北美高地出现，并且占据了北半球。大量的冰盖覆盖了今天的加拿大、大湖区南部以及格陵兰岛、斯堪的纳维亚和俄罗斯。每一次冰期至少持续100万年；在此期间，巨大的冰盖在广袤的古大陆（古代或史前大陆）上来回移动。这些冰期的跨度总共有5000万到2亿年，只是地球46亿年历史的1%到4%。因此，冰期在整个地球的气候记录中代表一个非同寻常但相对短暂的历史片断。

一幅来自卡特勒法热（A. de Quatrefages）1875年出版的著作《人类的自然史》（The Natural History of Man）中的猛犸象插图。猛犸象身上的毛保证它能够在大冰期的严酷气温中生存下来。

冰期成因理论

尽管科学家已对冰川作用进行了广泛研究，但没有一个理论被普遍接受，用以解释冰期的成因。然而，若干理论可分为两类。第一类是陆地理论。在这些理论中，1941年，加拿大地质学家和探险家A.P. 科尔曼（A. P. Coleman）认为，大陆海拔高度的变化为冰期的成因提供了一个天然的理由。也就是说，由于山脉上升或海平面下降，大陆板块的抬高造成陆地区域高度的增加。在这一过程中，陆地变冷并创造了产生冰川的条件。第二个理论涉及与板块构造论相关的变化中的大陆位置。大陆漂移的概念是德国地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Wegener）于1922年提出来的，他认为地球表面滑动的大陆可能会被带入更寒冷的气候环境中，从而使冰盖得以增长，特别是因为大陆的气候主要是由其纬度和面积决定的。第三个理论是说范围广泛的火山活动向大气喷出尘土和灰烬，将辐射的太阳热反射回太空，从而造成地球表面降温。与之密切相关的是海洋——大气假说。这里的假设是说唯一足够为积冰供水的是海洋。因为创造陆地上的冰层取决于风和天气模式，所以，这里的逻辑表明，海洋与大气之间的深层次变化有助于产生冰期。另外一个假说是美国气候学家莫琳·雷莫（Maureen Raymo）在1988年提出来的。她提出的观点是，地球在过去4000万年里的冷却气候是由世界范围内的山区，尤其是喜马拉雅山的化学风化作用加剧而造成的大气中二氧化碳减少导致的，并且事实上喜马拉雅山的升高可能也触发了冰期的开始。

第二类解释冰期成因的理论是“地球外说”。早在1875年，苏格兰科学家詹姆斯·克罗尔（James Croll）提出，在地球绕太阳运行轨道上的天文变化造成了冰期开始的条件。他认为，由于月亮和太阳的干扰，地球运行轨道的周期性发生变化，从而影响了地球接收的太阳热分布和地球表面的气候模式。热越少，气候越寒冷。

克罗尔的理论在1938年被南斯拉夫科学家米卢廷·米兰克沃维奇（Milutin Milankovitch）修正，成为今天关于更新世时期气候变化最普遍接受的理论。米兰克沃维奇认为，太阳辐射量在控制地球气候和造成冰期形成中是最重要的因素。他争辩说，辐射量依据三个关键因素而变化：1.地球并不像轮子绕轴一样完美地旋转，它像晃动的陀螺一样旋转。米兰克沃维奇通过计算得出，每220万年，地球的晃动就有一个微小的变化（被称为“分点岁差”）。2.每10万年，地球围绕太阳的轨道就有一个变化（他称之为“偏心”）。地球近乎圆形的运行轨道变得更加椭圆，使地球更远离太阳。3.最后一点是，米兰克沃维奇发现每41 000年，地球轴心的倾角就发生一次变化，会使北半球或者南半球更远离太阳（这一进程被称为“地轴倾斜”）。这些周期意味着在某些时候，照射到地球的阳光更少，因此冰雪融化也就更少。不仅不融化，寒冷还会造成水积冰的范围扩大。冰雪持续的时间更长，并在许多季节累积。雪将一些阳光反射到太空，也有助于降温。气温下降，冰川开始推进。这些效果足以实质性地导致大规模冰层周期性的膨胀和收缩。通过选取这些变化中的气候效应和太阳绝热，并将它们应用到冰层行为的计算机模型中，科学家已经证明这些周期与过去的60万年更新世冰层的周期性生长和衰变之间存在相关性。轨道周期的组合导致在北纬55°的夏末隔热（暴露在太阳射线下）。在高纬度出现如此凉爽的夏季导致每一个冬天都下雪，经年累月，几千年来冬季连续的降雪导致北方冰层增长，很明显导致一个新的冰期到来。

地球目前可能处在一个冰期，因为在每一次大冰期内，冰冠和山脉冰川都在伸展和退缩之间左右摇摆。最后一次退缩结束于大约一万年前，而且可能仅仅意味着一次摇摆，而不是最后的结局。然而，最近的趋势是全球变暖，这减少了人们对冰期即将来临的担忧。

克里斯托弗·C. 乔伊纳（Christopher C. Joyner）

乔治城大学（Georgetown University）

进一步阅读

Andersen, B. G., & Borns, H. W. (1994). The Ice Age World. New York: Scandinavian University Press.

Erickson, J. (1990). Ice Ages: Past and Future. Blue Ridge Summit, PA: TAB Books.

Fagan, B. (2009). The Great Warming: Climate Change and the Rise and Fall of Civilizations. London: Bloomsbury Press

Macdougall, D. (2006) Frozen Earth: The Once and Future Story of Ice Ages. Berkeley:University of California Press