在纳米比亚的公路边,冰碛岩的砾石嵌在灰绿色基质里,有的砾石表面还留着擦痕。抬头看,这些岩层形成时离赤道不到 10 度。冰把石头搬到了热带,这是雪球地球最直白的一条证据,也是它最初被怀疑的原因。
冰碛岩落在低纬度,才够得上雪球
冰碛岩是冰川搬运的沉积物,特点是分选差、砾石大小混杂、常有擦痕面和压坑。单看岩性,它只能说明有冰川,不能说明冰盖覆盖到哪儿,更不能说明全球都冻上了,山岳冰川也能留下同样的岩层。
古地磁给出纬度。成冰纪冰碛岩的古地磁极位置显示,许多剖面形成时在南北纬 10 度以内。热带海平面结冰,才需要全球性的冰盖,这是雪球区别于山岳冰川的关键,也是争论的焦点。
帽碳酸盐岩直接盖在冰碛岩上,是冰期收尾的标志
冰碛岩之上常压着一层几米厚的白云岩,叫帽碳酸盐岩。它没有陆源碎屑,δ13C 低到 -5‰,结构上有薄层、帐篷构造和胶结晶洞,颜色从浅灰到淡粉,与下面的冰碛岩界线分明,像一条画在冰期末尾的横线。
冰期结束时,大陆风化带来的碱性物质涌入海洋,碳酸盐在暖水里快速沉淀。帽碳酸盐岩的厚度与分布,记录的是冰盖消退后几百到几千年内的海洋,时间跨度极短,是一条卡得很死的等时面。
两次冰期之间隔着一段间冰期,不能并成一次
成冰纪有两次大冰期:斯图特 717 到 660 百万年,马里诺 650 到 635 百万年。两套冰碛岩之间夹着正常海相沉积,说明冰盖曾经退过,海洋重新通气,生物也重新活动,沉积里的碳同位素也回到正常海水值。
斯图特冰期持续约 5700 万年,马里诺只有约 1500 万年。持续时间差这么多,成因可能不同,冰盖的消长节奏也不一样。把两次并成一次大冰期,会丢掉中间那段间冰期的信息,也会错判冰期的驱动力。
冰碛岩与构造混杂岩最容易混
混杂岩是板块俯冲或滑塌造成的,砾石也大小混杂、基质也细。区别在接触关系:冰碛岩与下伏地层是沉积接触,层面平整;混杂岩的块体是剪切断层夹进来的,边界杂乱,常伴生糜棱岩。
另一条是成分。冰碛岩的砾石常来自多个源区,成分杂,还能找到与基岩对应的擦痕面;混杂岩的块体往往与围岩同源。野外先看层面,再看砾石来源,两条都用上才稳,单看一条容易误判。
关键数据
成冰纪两次冰期的年代与标志层,可以列成下面几条。
- 斯图特冰期 717 到 660 百万年。
- 马里诺冰期 650 到 635 百万年。
- 盖斯基斯冰期约 580 百万年,规模较小。
- 冰碛岩古地磁纬度低于 10 度。
- 帽碳酸盐岩 δ13C 约 -5‰。
- 帽碳酸盐岩厚度数米。
- 斯图特冰期持续约 5700 万年。
古地磁被后期重磁化,低纬结论就站不住
成冰纪岩石经历强烈变形与变质,古地磁方向常被后期热事件重置。若没有倒转检验和褶皱检验,测出的极位可能只是重磁化的结果,低纬冰碛岩的结论也就悬空,只剩岩性描述。
本文判断:雪球地球的证据链里,古地磁是最弱的一环,冰碛岩与帽碳酸盐岩的配对才是硬证据。两者同时出现,再配合条带状铁建造回归,才足以支持全球冰封,缺一项就要打折扣。
参考文献
- Hoffman P F, Schrag D P. The snowball Earth hypothesis: testing the limits of global change. Terra Nova, 2002.
- Kirschvink J L. Late Proterozoic low-latitude global glaciation: the snowball Earth. In: The Proterozoic Biosphere, 1992.
- Hoffman P F, Kaufman A J, Halverson G P, Schrag D P. A Neoproterozoic snowball Earth. Science, 1998.
- Rooney A D, et al. Calibrating the Cryogenian. Science, 2015.