冬天一到，江河湖泊结冰，山野被白雪覆盖。然而有一种观点认为，在极其遥远的过去，整个地球都曾这样冻结过。不仅是极地，就连阳光最炽热的赤道海洋也被厚厚的冰层覆盖。这就是“雪球地球（Snowball Earth）”假说。
简单来说，雪球地球是指地球表面几乎全部被冰覆盖、几乎看不到液态水的时期确实存在过的假说。人们认为这发生在距今约7亿1700万年至6亿3500万年前之间，即成冰纪（Cryogenian Period）。这个名称由希腊语中的“冰”和“诞生”组合而成。
本文将依次介绍雪球地球这一想法的由来、整个地球被冰封的原理、支持这一假说的岩石证据，以及冰封星球如何重新融化并延续到生命的历史。
整个地球被冰封的年代：雪球地球
雪球地球想法的出现
整个地球都曾冻结这一大胆的想法并非一夜之间出现，而是源于长期积累下来的谜团。
（1）出现在奇怪地方的冰川痕迹
从19世纪后半叶起，人们在苏格兰、澳大利亚、印度、挪威等多地发现了非常古老的冰川沉积物。冰川刮擦和搬运岩石的痕迹十分清晰，但这些痕迹竟然也出现在如今温暖的地区，因此长期以来一直是个谜。
（2）赤道留下的冰川证据
1964年，英国地质学家布赖恩·哈兰（W. Brian Harland）分析岩石中保存的古地磁记录，认为其中一部分冰川沉积物是在热带纬度形成的。这意味着本应最温暖的地方曾有冰川。
（3）得名的经过
“雪球地球”这一名称由美国地质学家约瑟夫·基尔施文克（Joseph Kirschvink）于1992年首次提出。此后在1998年，保罗·霍夫曼（Paul F. Hoffman）及其同事发表了对非洲纳米比亚岩石的研究成果，这一假说由此受到广泛关注。
整个地球被冰封的原理
地球一旦开始变冷，就可能出现寒冷引发更多寒冷的连锁反应。
（1）把阳光反射回去的冰
白色的冰和雪会把大部分阳光反射回太空。反射光线的程度称为“反照率（Albedo）”，冰的面积越大，地球吸收的热量就越少，也就变得更冷。
（2）停不下来的反馈
天气变得更冷，冰的范围就更大，而扩大的冰层又会反射更多阳光。20世纪60年代，苏联气候学家米哈伊尔·布德科（Mikhail Budyko）通过计算表明，如果冰从极地向外扩展得足够远，这种反馈就可能使整个地球冻结。
（3）延伸到赤道的冰
多种模型显示，一旦冰川推进到距赤道纬度25~30度以内，冰就可能迅速蔓延到赤道。因此，热带地区的冰川痕迹被视为整个地球曾经冻结的有力线索。
岩石中留下的冰封星球证据
科学家通过岩石中留下的痕迹来追溯数亿年前发生的事情。
- 冰川沉积物（Glacial Deposits）：在热带纬度的地层中，发现了混杂着大小不一石块的沉积层，以及漂浮的冰融化时掉落到海底的“落石（坠石）”。
- 条带状铁建造（Banded Iron Formation）：氧化铁层与硅质岩石像条纹一样交替堆积而成的岩石。它被解释为冰覆盖海洋导致缺氧时，溶解在水中的铁不断积累，随后在冰融化时一下子沉淀下来的痕迹。
- 盖帽碳酸盐岩（Cap Carbonate）：直接覆盖在冰川沉积层之上、厚度从数米到数十米不等的石灰岩或白云岩。它表明冰期结束后不久，海洋的化学状态发生了巨大变化。
不过，并非所有科学家都认同这些证据。例如“泥浆球地球（Slushball Earth）”假说认为赤道附近仍残留着带状的未冻结海洋，围绕冰层究竟有多完整的争论至今仍在继续。
冰封星球重新融化的过程
如果整个地球都被冰覆盖，那么它如何重新融化，就成了这一假说面临的最大难题。
（1）火山积累的温室气体
即使在冰层之下，火山也在持续喷出二氧化碳。平时，降雨和岩石风化会把二氧化碳固定下来，但由于陆地和海洋都被冰封，这一过程几乎停止，二氧化碳便在空气中不断积累。
（2）数百万年后的解冻
研究人员推测，要让冰层融化，二氧化碳需要达到今天的约350倍，约占大气的13%。积累到这一程度大约需要400万年到3000万年，增强的温室效应最终使冰层融化。
（3）在生命史上留下的印记
雪球地球时期结束后，由多个细胞构成的生物开始逐渐在地球上多样地出现。一些科学家认为，最后一次雪球地球可能是推动多细胞生物演化的契机，揭示这一关系的研究至今仍在进行。
雪球地球假说表明，地球的气候可能会发生比我们想象中更加极端的变化。微小的变化经过反馈就能改变整个星球的面貌，这一点也是理解当今气候的重要线索。
审视冰封的远古地球，正是理解今天气候的第一步。
