科学思维--------冰雪曾经覆盖整个地球
这一期我们说一说地球上冰的历史，因为地球曾经被冰雪覆盖过，而且还不止一次，这个就有助于我们了解地球的生命史，它的精彩程度不亚于外星文明到访地球。自从地球有生命以来，一共经历过5次大冰期，在大冰期里，地球大部分地区都是冻成冰的，运气好的时候，只有沿着赤道的部分有绿色植物，这就叫冰期。
不是冰期的时间，对应的叫做温室期。温室期的标志就是南北极都没有冰盖了。不过在每个大冰期里，温度也是起起伏伏的，有高有低。温度低的时候叫小冰期，温度高的时候叫间冰期。
科学家们对地球生命与气候的研究主要集中在显生宙，什么意思呢？
地质年代按照宙、代、纪、世、期来划分。显生宙从名字上也好理解，就是出现了大批生物的年代，也就是从5.1亿年前寒武纪生命大爆发开始，到今天全都是属于显生宙。你可以看到，有的时候冰期只有窄窄的一小条，就志留纪跟奥陶纪中间这一小段时间。
现在大家生活的年代是第5次大冰期的时间，它是从260万年前启动的，在那之前南北极都是没有冰的。而第5次大冰期里，还有7个特别冷的小冰期，跟7个比较暖和的间冰期，而我们今天就处于第7个间冰期，也就是稍微暖和一些的时期。
上一个小冰期是在1.8万年前出现的，就是1.8万年前地球被冻上，上半部分几乎1/5全都被冰雪覆盖了。
你再看这中国的东部，已经找不到朝鲜半岛了，那是因为海平面下降了，整个渤海、黄海的海底在那个年代都是陆地，朝鲜也是大陆的一部分了，而且它的最东边与日本岛还连着，所以你就可以预测，最早移居到日本的人都是走过去的，不是渡海过去的。
所以你看最近几年的新闻里还报道，说渔民在渤海湾和台湾海峡还打捞到了1.8万年前的犀牛的化石、鹿的化石，还有那会儿的石器。初听之下就觉得太奇妙了，这海底竟然还有陆生的动物，还有石器，实际上就是当年这么来的。
这种大面积的被冰覆盖的情况一旦发生了，它就会止不住地加速冻住的，所以往往进展是非常快的，只需要几百年，或者上千年就可以完成。听着好像几百年上千年，这是长得不可想象，可是这种长度对比地质年代来说那简直可以用一刹那来形容。
它为什么会这么快呢？
就是因为冰雪的表面反射阳光的反射率非常高，往往超过70%，照在上面的阳光又被反射到太空中去了，热量大部分就没留住。可是像有土壤、有植被的地方，哪怕是沙漠，这反射力都很低，只有10%，所以阳光射过来就能把大部分能量留在地球上。你想，地球在宇宙中“飘浮”着，它的平均温度远远高于宇宙空间的背景温度，大约高多少呢？高了300摄氏度左右。
地球能维持这么热的温度是从哪来的呢？
主要是两部分：
第一个就是从阳光中来的；
第二个就是从地球内部很多放射性重元素中来的，这些重元素不断地进行核裂变，这个过程会发热。比如火山爆发、地震，就是由这些内部的发热导致的。
但是这两个因素对地球能维持一个高温，它们贡献的比例非常悬殊。比如说现在，对比这两者的贡献，来自太阳的热量大约是来自地球内部的5000倍，所以地球表面有多冷多热，几乎全部都是由阳光决定的。
一旦南北极出现了大面积的冰盖，入射的阳光大量地被反射，它会让温度变得更低，更低的温度导致结了更多的冰，冰面的增大又导致更多的阳光被反射，温度又再次下降。所以你发现了没有，这就叫一个正反馈。
不要以为必须得是持续增加的才叫正反馈，持续减少也是正反馈。它只要是满足，一个因素出现导致了一个现象的发生，而这个现象的发生继续促进了这个因素更频繁地出现，这个就叫做正反馈。
同样的原理也可以出现在冰面消失的过程中，消失的冰面就不再把阳光反射到宇宙空间里了，所以地球就能吸收更多的热量。吸收更多热量，地球温度就升得更高，而升高的温度又导致更多的冰面融化，所以反射阳光的冰面的面积继续减少，就这样直到所有的冰面完全消失。
关于负反馈跟正反馈，我会在后面详细作解释，这里包含了很重要的科学思维，咱们继续说地球的冰期。
至于是什么因素导致地球从一个冰期走到下一个温室期，或者又从一个温室期到又被冻上了，现在有很多的猜测。但是都属于众说纷纭，没有定论。其实这是一个比较重大的问题，谁要能够揭开这个谜底，估计我们就能对生命的弹性多一层了解。
曾经的大冰期有持续3000万年的，有8000万年的，1.2亿年的，最长的一次是2亿年，幸好这次是距今24到22亿年前，那会儿地球上还没有大型的生物。在那几次上千万年，甚至上亿年的冰期里，地球几乎就没有蓝色的海洋了。
地球曾经在距今7.5亿年前到6.3亿年前就维持了1.2亿年左右的时间，就都是这个样子。当时地球表面全都被冰覆盖住了，海洋几乎没有了。这里有一个专业的名词，叫做雪球地球，Snowbal Earth。
那个时候，地球上的生命全都生活在几公里，甚至是十几公里的冰层下面的地下，靠着地球内部的核反应产生的热量维系着生命。直到后来暖和了，所有的冰都融化了，才迎来了下一个寒武纪的生命大爆发。
现在也有一些结合冰期进展的历史的研究，比如说1万年前，最近的冰期已经结束了，人类又重新回到了平原，气温升高了，才有更多的植物生存的可能性，所以农业的萌芽才有可能。而你去参考历史，人类的农业也确实就是从1万年前开始爆发的。
还有4200到4100年前，因为冰雪的融化导致了全球的洪水泛滥，这个也正好对应着尧舜禹时代治水的故事。所以地球上的生命史，或者人类的文明史总离不开温度这个大背景。温度要是平均升高了5、6度，生命就有了各种的可能性，就有各种可能把体型长到10厘米以上，甚至是几米、几十米的尺寸，这样才有可能离开海洋。如果温度降低了5、6摄氏度，生命就只能潜伏在地底下，只能以微生物的方式苟活，所以这些就更吸引科学家研究到底是什么让地球一会儿冻住，一会儿又解冻的。
正反馈和负反馈
虽然我刚才说过，到现在也没有什么值得介绍的成果，但我们可以借此来了解一个科学思维，那就是正反馈和负反馈的机制。一般来说，在自然界出现的相互作用中，正反馈占比非常少，大都是负反馈。冰面的解冻和冻上，这个过程是正反馈，咱们说过了。
负反馈又是什么呢？
就是一个因素的出现导致了一个现象的发生，但是正因为这个现象发生了，会削弱这个因素再次出现的可能性，所以慢慢地，这种事情虽然出现了，但后续的发展是朝着越来越弱的方向进行的，这个就叫做负反馈。
咱们可以举一个例子：
比如像埃博拉病毒，或者是其他任何曾经出现在人类社会肆虐过的这些病毒，它们都是倾向于往毒性越来越弱这个方向演化的，因为如果它是那种杀人不眨眼的病毒，人一感染，第3天就死翘翘的那种病毒，虽然在病人体内看上去这种病毒暴增的速度奇快无比，非常厉害。但是，也正因为它杀死宿主太猛烈了，抑制了宿主去感染其他人的可能性。你想，感染的第2天就站不起来了，第3天就死了，他是不太可能出门去感染其他人的。所以，毒性猛烈的那些病毒只会出现在感染一个新物种的最初期，之后它就随着宿主大量死亡也就死掉了。
一个强大的繁殖功能出现了，但正因为这个因素的出现，带来了一个强烈的反馈效果，就是你很难让宿主感染其他人，这就起到了一个负反馈的效果。所以你看，凡是那些广泛流行起来的病毒，它们都是温和的，甚至已经转化成慢性病了，有一些甚至都跟宿主和平相处了。
咱们再来说说正反馈的那些规律，它的规律就是它达到极限的速度非常短，增长或者削弱的速度非常快，它很快就会达到极限，为什么呢？
主要是因为像能量、资源都是有上限的，没法无限供应。可是正反馈的情况是指数级别地加强的，它发展的速度太快了，会在短时间内马上就碰触到资源的上限，于是就停止了。
比如生活中常见的例子，我们把麦克风靠近音箱的时候，这正反馈马上就开始了。麦克风把收集到的任何一点声音通过音箱放大出来，音箱放大之后的声音播放出来，又被麦克风收集到，这个时候的音量已经比上一次增强了一个档次。可是收集到的声音又会通过音箱放大，再次播放出来，这就比刚刚还要大。结果这个更大的声音继续被麦克风收集。所以当麦克风接近音箱，可能不到1秒的时间内，音箱就会以最高的频率，最大的音量啸叫起来。可是音箱设计起来它总有功率上限，马上就到顶了。
听懂了这个过程，我们再来看阳光和冰面，它是一个决定了地球温度99.98%的因素，还有一点点因素是地球内部的发热。它就发生了正反馈，你看地球上是没有任何因素能与阳光导致地球发热来抗衡的，所以当我们听完今天的课，我们至少能够意识到，导致地球大冰期和温室期交替出现的原因不能从地球内部找，而它一定是某些因素影响了阳光的光照强度导致的。那至于是怎么变的，为什么这么变，就只能等待科学家们去寻找答案了。
你只要明白这个道理，就不会对其他的解释，比如像什么地壳运动导致地球热量的变化感兴趣。
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