在过去的5.4亿年中，地球已经度过了三个主要的冰河时期 - 全球气温骤降的时期，产生了大量的冰盖和冰川，这些冰川已经超越极地冰盖。

现在，麻省理工学院，加州大学圣巴巴拉分校和加州大学伯克利分校的科学家已经确定了这些冰河时代的可能触发因素。

在“科学”杂志发表的一项研究中，研究小组报告说，最近三次主要冰河时期的每一次都发生了热带“弧 - 陆碰撞” - 在地球赤道附近发生的构造堆积，其中海洋板块在大陆板块上行驶，将数万公里的海洋岩石暴露在热带环境中。

科学家们说，热带地区的热量和湿度可能引发了岩石与大气之间的化学反应。具体而言，岩石的钙和镁与大气中的二氧化碳反应，将气体从大气中吸出，并以碳酸盐如石灰石的形式永久隔离。研究人员表示，随着时间的推移，这种风化过程发生在数百万平方公里的范围内，可以从大气中吸收足够的二氧化碳，从而在全球范围内降温，最终掀起冰河时代。

麻省理工学院地球，大气和行星科学系的副教授Oliver Jagoutz说：“我们认为低纬度地区的弧形大陆碰撞是全球降温的触发因素。”“这可能发生在1-5百万平方公里，这听起来很多。但实际上，它是一块非常薄的地球，坐落在正确的位置，可以改变全球气候。”

Jagoutz的合着者是加州大学圣塔芭芭拉分校的Francis Macdonald和Lorraine Lisiecki，以及加州大学伯克利分校的Nicholas Swanson-Hysell和Yuem Park。

热带触发器

当海洋板块向大陆板块靠近时，碰撞通常会产生一系列新暴露的岩石。海洋和大陆板块碰撞的断层带被称为“缝合线”。今天，喜马拉雅山等某些山脉包含的缝合线已经从原始的碰撞点迁移出来，因为大陆已经转移了千年。

2016年，Jagoutz和他的同事回顾了今天构成喜马拉雅山的两条缝合线的运动。他们发现两条缝合线都源于相同的构造运移。八千万年前，随着被称为冈瓦纳的超大陆向北移动，部分陆地被压垮了欧亚大陆，露出了长长的海洋岩石并形成了第一条缝合线;5000万年前，超级大陆之间的另一次碰撞造成了第二次缝合。

该小组发现，这两次碰撞都发生在赤道附近的热带地区，并且都发生在全球大气降温事件之前数百万年 - 这在地质时间尺度上几乎是瞬间完成的。在研究暴露的海洋岩石(也称为蛇绿岩)可能与热带地区的二氧化碳发生反应后，研究人员得出结论，鉴于它们的位置和大小，两条缝合线确实可以隔离足够的二氧化碳来冷却大气层。触发冰河时代。

有趣的是，他们发现这个过程可能也有助于结束冰河时代。数百万年来，可用于与大气反应的海洋岩石最终被侵蚀掉，取而代之的是新的岩石，它吸收了更少的二氧化碳。

“我们发现这个过程可以开始和结束冰川作用，”Jagoutz说。“然后我们想知道，这种情况多久发生一次?如果我们的假设是正确的，我们应该发现每次都有冷却事件，热带地区会有很多缝合线。”

揭露地球的缝合线

研究人员着眼于观察地球历史上更晚期的冰期是否与热带地区类似的弧形大陆碰撞有关。他们进行了大量的文献检索，以编制当今地球上所有主要缝合带的位置，然后使用板块构造的计算机模拟来重建这些缝合带的运动，以及地球的大陆和海洋板块，随着时间的推移。通过这种方式，他们能够精确地确定每根缝合线最初形成的位置和时间，以及每条缝合线拉伸的时间。

他们确定了过去5.4亿年中的三个时期，其中在热带地区形成了长约10,000公里的主要缝合线。这些时期中的每一个都与晚奥陶世(455至4.4亿年前)，石炭二叠世(335至2.8亿年前)和新生代(3500万年)中的三个着名的冰河时代相吻合。以前到现在)。重要的是，他们发现在热带地区以外形成的主要缝合带期间没有冰河时期或冰川事件。

“我们发现，每次热带地区的缝合带都出现高峰时，就会发生冰川事件，”Jagoutz说。“因此，每当你在热带地区获得10,000公里的缝合线时，你就会达到一个冰河时代。”

他指出，一个跨越大约10,000公里的主要缝合带今天在印度尼西亚依然活跃，可能是地球目前的冰川期以及两极广泛的冰盖出现的原因。

这个热带地区包括世界上一些最大的蛇绿岩体，目前是地球上吸收和隔离二氧化碳的最有效地区之一。由于人类来源的二氧化碳导致全球气温上升，一些科学家提出研磨大量的蛇绿岩并将矿物质扩散到整个赤道带，以加速这种自然冷却过程。

但Jagoutz表示，研磨和运输这些材料的行为可能产生额外的，无意的碳排放。目前尚不清楚这些措施能否在我们的生命周期内产生任何重大影响。

“让这个过程在人类时间尺度上发挥作用是一项挑战，”Jagoutz说。“地球在缓慢的地质过程中做到了这一点，这与我们今天对地球所做的事情毫无关系。它既不会伤害我们，也不会拯救我们。”