7.5亿年前，地球进入了一个气候不稳定的时期，这种情况在这之前和之后都没有出现过。一切都始于一个严酷的冰期。冰川留下了一套明确的沉积特征。最重要的是一些代表性岩石所形成的不规则的厚岩层，这些岩石被称为冰碛岩，沙土、砾石、棱角分明的岩石碎片和细石粉混杂其中。
冰川还留下了基岩圆形的露头，它们被缓慢推进的冰盖摩擦，变得光滑。古怪的巨石和丘状的冰碛石也提供了更多证据，分层精细的纹泥沉积物同样如此，它们代表着季节性的径流进入了冰川湖。
世界各地的野外地质学家已经在5.8亿年前到7.4亿年前的岩石中发现了这些冰川特征，而这些岩石几乎出现在了他们研究的所有地方。
事实上，年8月28日，当地质学家保罗·霍夫曼（PaulHoffffman）与哈佛大学和马里兰大学的三位同事在《科学》杂志上发表他们惊人的短论文《新元古宙的雪球地球》时，有关7.4亿年前气候突然剧烈变化的证据已经积累了几十年。
霍夫曼和他的合作者们做出了惊人的突破，他们认为，在那段时间里，地球不仅经历了冰期，而且从两极到赤道都完全结冰了，这样的情况至少发生了两次。他们的主张部分基于对纳米比亚骷髅海岸上一系列岩石的细致实地观察，那里有厚厚的冰川冰碛岩沉积，古地磁信号表明，冰川靠近赤道，所在纬度约为12度。
它们也不是高山冰川，这些冰碛岩显然是沉积在浅水区的海平面上的。相应地，赤道附近的气候也一定非常寒冷。
相比之下，在地球最近的冰期，不断前进的冰川从未向南延伸到纬度45度以下的地方，而化石证据表明，即使在冰层范围最大的时期，热带地区也相对温暖。哈佛大学的研究团队发现了确凿的证据，证明新元古宙的冰层在靠近赤道的海平面上堆积。
这么看来，地球就像一个雪球。对于许多阅读霍夫曼年那篇文章的科学家来说，碳同位素为这种突发的灾难性变化提供了确凿的证据。
人们推断第一次雪球地球来临于大约7.4亿年前，在那之前的千百万年里，藻类生物质的快速增长浓缩了较轻的碳同位素，同时代沉积在破碎的罗迪尼亚超大陆周围沿海水域的石灰岩则很重。而如果微生物的生产变缓或停止，通常来说，石灰岩中碳同位素一定会变轻。
这正是霍夫曼和其同事发现的：在大约7亿年前，在冰川沉积物出现之前和之后，重碳的比例大幅下降了1%以上。模型的出现依赖于嵌套的正反馈回路，每个回路都让地球变得越来越冷。其中一个反馈依赖于大陆风化作用，随着这一过程清除了空气中越来越多的二氧化碳，它在炎热潮湿的热带地区加速。
当大量的光合藻类从空气中清除掉更多二氧化碳时，另一个反馈也出现了。与此同时，随着地球大气温室效应减弱，地球气候冷却，冰盖在两极开始形成和生长。干净雪白的冰雪将更多阳光反射回太空，这种正反馈让地球比之前降温更快。
当冰盖蔓延到纬度越来越低的地区时，仍然温暖的赤道大陆和繁茂的藻类生态系统继续从空中吸收更多二氧化碳。地球的气候暂时失衡，它到达了一个临界点，白色的冰盖从两极向赤道延伸，最终可能包围了整个地球。保罗·霍夫曼和其同事提出，在最极端的“硬雪球”情况下，地球的平均温度骤降到-50华氏度，一英里厚的冰层包裹着地球。
千百万年来，地球被冰（或至少是湿冰）包裹。白色的“雪球”地球无法吸收太阳辐射，似乎一直被锁在了冰茧里，因为温度从来没有上升到冰点以上。全球性的冰期几乎破坏了所有生态系统。地球之前丰富的微生物生命几乎被完全抹去。
在海底热液喷口永恒的黑暗中，一些顽强的微生物生存了下来，它们已经在那里存在了数十亿年。其他少数存活下来的光合藻类一定是在火山暖侧附近的开放浅水区，或者薄冰裂缝能被阳光照射的区域找到了自己的栖身之所。地球是如何从如此漫长寒冷的全球性冬季中恢复的呢？答案就在星球更深层不停歇的动荡之中。
冰雪装饰的白色表面无法阻止板块构造运动，也无法减缓火山气体穿过冰层，从数百个黑色圆锥体中不断喷出。二氧化碳是一种主要的火山气体，它再次开始在大气中累积。由于陆地被冰覆盖，岩石风化和光合作用及时清除二氧化碳的过程几乎完全停止了。
二氧化碳浓度逐渐上升到了10亿多年来从未达到的水平，最终可能达到了现代二氧化碳水平的几百倍，这引发了一种新的正反馈，即一种失控的温室效应。阳光仍然洒落在白色的景观上，但大气中的二氧化碳将辐射能反射回地表，从而造成了地球不可避免地变暖。随着大气变暖，赤道上小块的冰千百万年来第一次融化了。
随着深色的陆地暴露出来，更多阳光被吸收，变暖不断加速。海洋上的白色覆盖层也开始消失，太阳和地球表面之间的正反馈让地球变得越来越暖和。许多科学家现在怀疑，另一种正反馈可能加速了全球变暖，这种机制在我们现代也带来了巨大的影响。
甲烷（CH4）是最简单的碳氢化合物燃料，也就是我们家中燃烧的“天然气”，它同样是一种温室气体，但从分子的角度来说，甲烷比二氧化碳更能有效地捕获太阳的能量。数十亿年来，甲烷可能通过两种截然不同的机制，在海底沉积物中堆积。有关第一种机制的记录更为详尽，因此争议也比较少，这种机制和正常代谢循环中释放甲烷的微生物有关。
这些产甲烷菌生长在缺氧的海洋沉积物中，靠近许多已知的甲烷储备地，因此，大型天然气矿床被认为是由于这些微生物的持续作用形成的。近期的实验指向另一个更深层的可能的甲烷来源，这是一个完全不依赖生物的来源。
一些科学家认为，在地壳深处与上地幔中，在深度超过英里的地方，在极端的温度和压力下，水和二氧化碳能够与常见的含铁矿物反应，从而生成甲烷。高温高压下的实验试图模拟这些可能的地球深部反应。
在地球物理实验室发表于年的一项高引研究中，博士后亨利·斯科特（HenryScott）将两种常见的地壳成分方解石（石灰岩中常见的含碳矿物，碳酸钙）及氧化铁与水混合。斯科特将这些成分密封在一个钻石砧的压槽中，并用激光将样品加热到一千多度，这与在上地幔中发现的极端条件相同。
别忘了，钻石砧的压槽最巧妙的地方在于，钻石是透明的，所以你可以观察到样品在反应中的变化。亨利·斯科特观察着样品室里形成甲烷的小气泡，水中的氢与方解石中的碳反应生成了天然气。在俄罗斯、日本和加拿大所做的其他实验发现，在一系列假设的地球深部的条件下，也会发生类似的碳氢化合物的合成。
这些实验对于理解新元古宙的全球变暖具有潜在的重要意义，因为甲烷可能参与了一种非常强烈的正反馈。储存在海底附近的大部分甲烷被困在一种叫作甲烷笼合物的奇妙化合物（俗称“可燃冰”）中，甲烷笼合物是一种包含水和气体的类似冰状的晶体混合物，会在大陆斜坡上形成露头。
大量的甲烷被固定在这些甲烷冰中，这里的甲烷储量是其他所有已知甲烷储量的数倍。这些冰是从下面升起的气体与冰冷的海水发生反应时形成的。还有大量甲烷冰被储存在北极的永久冻土中，这些土壤在西伯利亚、加拿大北部和其他地区冻结了成千上万年。
海水哪怕略微变暖，极端的气候正反馈也有可能发生，这会导致最浅层的笼合物沉积物融化，并向大气释放大量甲烷气体。这些甲烷明显加剧了温室效应，使海洋进一步变暖。一些科学家现在指出，新元古宙可能以灾难性的方式释放了海底甲烷，并以此加速全球变暖，这很可能在仅仅几十年内就让地球从冷变暖。
新元古宙的这种情景在很大程度上取决于甲烷的来源。如果微生物制造了海洋中的大部分天然气，那么在雪球时期，笼合物的产生可能会变慢，而甲烷的释放可能也不会在变暖过程中扮演如此重要的角色。
另一方面，如果大量甲烷从高温高压的地幔中上升，那么甲烷笼合物就与微生物生命无关，它会在任何一段全球冷却的时期内不断累积，引发更明显的反馈。究竟是什么过程产生了甲烷，是深处的岩石，还是浅层的微生物，或者两者兼而有之呢？
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