广东海洋大学

廖永岩

（电子信箱：rock6783@126.com）

 

1、新元古冰期的形成

因为O₂达到现代大气浓度的1/10时，所产生的O₃浓度就几乎完全屏蔽了有害的紫外辐射（Wayne, 2000）。到新元古宙（9-8.5亿年前至寒武纪开始的5.7亿年前），O₂含量达现在大气含氧量的6%~10%，所以能允许真核单细胞藻类在海洋表面（水深4.2 m至空气）进行强烈光合作用，旺盛地生长繁殖，引起真核藻类的繁盛。

新元古宙，大约有2-3个冰川期，这和新元古宙以前不一样，冰川期与冰川期之间的间隔缩小。这主要是由于大量的真核细胞进行强烈的光合作用，能在不太长的时间里，使火山喷发和地震产生的CO₂在较短的时间内又得以降低而造成的。由于O₂浓度的升高，这种反复形成的冰川，引起的生存空间变化，使多细胞生物得以演化产生。

可能冰川形成和消融时形成的去气作用，先弱后强，具有一定的阶段性。至新元古宙最大一次冰川期时，由于绿色植物的生物量已足够大，光合作用已足够强，小规模冰川形成的火山喷发和地震等去气作用，仍然没有光合作用消耗CO₂的能力强，所以，温度继续降低，冰川继续增大，从而造成地球历史上最大的一次冰川期。

如果光合作用太强，矿物有机碳沉积作用也太强，冰川作用造成的CO₂的增加，永远赶不上光合作用消耗CO₂的作用，这将导致一个真正雪球的出现。但是，7-6亿年前多细胞生物的出现，导致6-5.6亿年前多细胞动物的出现，也就是藻类的天敌——植食动物出现（郝守刚，2000）。由于这时尚没有肉食动物的出现，植食动物没有自已的天敌，植食动物得以大发展。大量的植食动物的繁盛，导致单细胞藻类的急剧下降。由于单细胞藻类的急剧下降，无法维持CO₂的平衡，造成CO₂的剧增，从而导致这次大冰川的结束。

2、奥陶纪冰期的形成

奥陶纪以前冰川作用引起的造山运动，使地球上的陆地得以增加。由于有了大块的（或较多的）陆地，也就有了浅海区域（大陆架）。这就为底栖多细胞藻类的生存准备了条件。同时，单细胞藻类的减少，也为多细胞藻类的生存提供了生态空间。所以，新元古宙之后，红藻等多细胞藻类出现，并引起适应辐射（Taylor, 1992）。

摄食单细胞藻类的动物受藻类大量减少的影响，动物的生存竞争不断加剧。为了释放生存竞争的压力，寻找生存空间，动物就向各个所能找到的生态位扩散。经过不断的变异和演化，就演化出了很多适合不同生态环境的、形态和功能各异的生物。除了有植物食性的动物，也演化出了肉食性的动物。就出现了深海底、浅海底，浅海中，海表（因O₂足够多，臭氧遮挡绝大部分紫外线）等不同生态位的五花八门的生物。这也就是所谓的寒武纪生物大爆发。

由于出现了比较完善的生态系统，单细胞藻类的数量得到一定的恢复。红藻等多细胞藻类能生存在较深的海域，躲避紫外线的伤害，继续进行光合作用。经过2亿多年的积累，大气中的O₂不断升高，达现代大气的10%以上，CO₂逐渐减少。这时，各种大型底栖藻类，尤其是巨藻等大型褐藻得以在浅海区大量繁盛起来，更加剧了CO₂的减少（Taylor, 1992）。当CO₂减少至不足以提供足够的温室效应时，表示又一次冰川的形成，也表示又一个冰期的到来。

因为这时的海洋生态系统已相当复杂和完善，奥陶纪冰期不可能有新元古宙时长，规模也不会有新元古宙时大。

当然，奥陶纪冰期虽然较短和规模较小，但除由巨藻引发而形成外，它也可能由其它的底栖藻类引发而形成，所以，奥陶纪冰期（在其前后不远的时间段内），也有可能由几个小冰期共同组成。

随着采食大型底栖藻类的动物——腹足类和海胆类等动物的出现（何心一和徐桂荣，1993），这些动物和大型底栖藻类之间，建立了一种生态平衡，也就标志着这一次的冰期的结束。

自从奥陶纪冰期以后，海洋里已没有更高等的能引起冰川形成的植物出现，所以，海洋植物引起的冰川形成，造成冰期的时代，也就宣告结束了。

那么，石炭、二叠纪冰期的又是怎么形成的呢？且听下回分解。

未完，待续。

下回预告：地球科学原理之39  石炭、二叠纪冰期的形成

参考文献：

郝守刚，马学平，董熙平，齐文同，张昀. 生命的起源与演化——地球历史中的生命. 北京：高等教育出版社, 2000, 1-242

何心一，徐桂荣. 古生物学教程.  北京：地质出版社,1993（第二版）, 89-174

Taylor T. N.著，梅美棠，杜贤铭，李中明译. 化石植物生物学导论. 北京：科学出版社, 1992, 20-418

Wayne R P. Chemistry of Atmospheres(third edition). Oxford University Press. 2000.

 

（注：本“地球科学原理”系列，是根据廖永岩著，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科学原理》一书改编而来，转载者请署明出处，请不要用于商业用途）

 

 

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