大冰期之谜

所谓大冰期，指地质时期中的地球表面广布冰川，气候十分寒冷的时期， 只占历史 10％的时间。确定大冰期的主要依据是冰碛物和冰水沉积物，同时考虑生物组合和同位素测定结果。已知亿年间隔的大冰期有七次，即新太古代大冰期（前 26 亿～前 25 亿年）、前寒武纪早期大冰期（前 9.5 亿年前后）、

前寒武纪中期大冰期（前 7.7 亿年前后）、前寒武纪晚期大冰期（前 7 亿～

前 6.5 亿年）奥陶—志留纪大冰期（前 4.70 亿～前 4.10 亿年）、石炭—二

叠纪大冰期（前 3.5 亿～前 2.7 亿年）、第四纪大冰期（前 0.02 亿年以来）， 并且大冰期之间还有小冰期。对于这些冰期虽有许多研究，特别是对第四纪冰期，但对冰期寒冷气候的成因尚不十分清楚。

主要大冰期的概况

前寒武纪晚期冰期的强度为 6 级，其沉积物分布主要相应于中、低纬度的广大地区，被区分为南沱亚冰期和长安亚冰期，以及四个冰期阶段。在北半球，冰碛物和冰水沉积物有延续 1500 公里以上者，在中国南方各省多有发

现，在湘、鄂、黔、桂地区发现震旦纪冰碛物，广西北部的冰碛物厚达 3000 多米。在南半球，冰碛物的分布比北半球还要广。

石炭—二叠纪冰期的强度为 4～5 级，其遗迹多为晚石炭纪和早二叠纪期间的冰碛物，广泛分布在南美洲、非洲、印度、澳大利亚、南极洲和中国西藏等地区，相应于冈瓦那古陆地区。

第四纪冰期的强度为 3 级，其遗迹主要分布在北美洲、欧洲大陆和西伯利亚西部。这次大冰期内还存在不同级别的小冰期和小间冰期，全球范围可比的小冰期一般认为有 4～5 期，也有人认为可多达 20 期。关于这次冰期是否结束也还认识不一，一些人认为高潮已过，另一些人则认为尚处在间冰期。

这三大冰期间的间隔为 2.8～3.5 亿年左右（见图 31），遂引起研究者对冰期的周期性的特别关注。

冰期成因的探讨

关于大冰期的成因已有许多探讨，诸多探讨中所提出来的论点可归为两类：一类为天文因素，包括太阳辐射热减少、地球轨道要素变化和太阳轨道位置的变化；另一类是地球本身的因素，包括大陆上升对气候的影响、大陆漂移造成陆块地理位置的变化和大气组成的变化。这些因素中哪个是主导， 诸因素又是怎样偶合的都还没弄得很清楚。近年来有关冰期成因的研究，涉及银河、太阳和地球轨道要素等天文因素者多。

关于银河的影响，所论主要涉及同太阳的银河年有关的要素，如近银心和远银心的情况、银道面物质密度不均匀、通过银河旋臂的密度波变化。有几位研究者发现第四纪大冰期和石炭—二叠纪大冰期在太阳轨道近银心点附近，而致力于太阳轨道近银心点与大冰期的对应关系的研究。结果斯台奈尔

（J.Steiner）发现，在 30 亿年中的 11 个近银心点有 7 个可与已发现的 7 个大冰期对应，平均误差 0.13 亿年（见图 32）。如果这种对应是规律的。那么可预言尚未发现的 5 个冰期当分别在前 11.20 亿年、前 14.90 亿年、前

18.70 亿年、前 20.60 亿年和前 30.60 亿年前后。另一些研究者注意到前寒武纪以来的大冰期的平均间隔约 1.6 亿年，恰与银河年的一半对应，因而猜测地球冰期的形成与太阳系通过银河系的位置有关。还有的研究者注意到主要大冰期的间隔约为 2.5～3 亿年、一个大冰期延续约几百万年、小冰期延续约 5 万年，与太阳通过旋臂所需的时间（约 1 亿年）、通过大星云的时间（几百万年）、通过较小星云的时间（几万年）分别相当。

图 316 亿多年来冰期和盐类沉积的变化示意图

（据徐道一等，1983）

对地球轨道要素的变化与气候变化关系的研究首推米兰科维奇。他提出日照量与地球的三个轨道要素（轨道偏心率 e、岁差 p 和黄赤交角ε）关系的公式，并计算了 20°、40°和 60°三个纬度的日照量曲线，发现 60 万年内的日照量所有极小值都可找到冰期对应。威廉斯（G.E.Wiliams）大胆猜测在几十亿年的地史期间ε可能在 0°～360°之间变化。按这种设想，通过对冰碛物分布的分析，他提出大陆和海洋冰川沉积的时空分布与黄赤交角ε的对应关系（见图 33）。

图 32 银河系的向银心力（CGF）在 30 亿年中变化及 7 次冰期时间分布（据徐道一等，1983 年）

A.远银心点；P.近银心点；Pr-1 表示前一个银河年，余类推