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陆地冰雪的融化，像是冰川以及目前覆盖格陵兰岛和南极洲大陆的冰帽，也会造成海平面的变化。在今天地球迅速升温的气候中，这个变化极为显著，通过低地岛屿的消失就可以明显看出（例如印度洋里的马尔代夫群岛）。漂在海里的冰山融化不会产生这样的效应，这是因为这些水原本已经在海里了，尽管水域温度的净变化还是会因为热胀冷缩造成海平面的小幅变化。举一个极端的例子：如果格陵兰岛和南极洲的冰帽全都融化，海平面会因此上升大约70米，这意味着世界上绝大部分沿海城市都会轻轻松松被淹没。冰的消融还可能通过影响火山释放气体从而对气候产生正反馈作用。具体来讲，从火山上除去冰川的重量，减轻了对底下岩浆的压力，岩浆就会咕咕冒泡（就像打开汽水瓶盖那样），随之爆发。因此，增温和冰川消失可能会使火山释放出更多二氧化碳，带来更大增温，如是循环。不过，这还是一个新出炉的理论，由哈佛大学地球科学家彼得·豪伯斯（Peter Huybers）及查尔斯·朗缪尔（Charles Langmuir）共同提出，目前仍有较多争议。
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来自海洋（及它溶解的二氧化碳）与冰帽的正反馈，增强了气候中无论是加热还是冷却的任何细微波动。如果某个米兰科维奇循环导致地球多吸收了一点额外的阳光，这些正反馈会使气候变得比单单只是得到这点阳光要热得多。同样，如果米兰科维奇循环带来冷却，正反馈会令气候系统变得冷过头。这样的过度反应经年累月，得花上多少年甚至多少世纪才能奏效，但对持续几万年甚或更久的米兰科维奇循环来说，这已经足够快，足够放大这种循环了。以这种方式，我们的气候有了大起大落的波动，形成了2万年到10万年的冰期循环。最近一次的冰河世纪，结束于大约12000年前，并开启了人类文明的黎明。
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从深陷冰河世纪到全球皆是热带，地球上的气候有过万千变化，我无法一一详述，但我们可以了解其中一些精彩片段。第一个就是，有证据表明在不到10亿年前，也就是多细胞生物出现之前，地球至少有一次整个都被冰川覆盖，也就是说被冰雪层层包裹起来，这叫作“雪球事件”。在低纬度热带地区（比如非洲西南部纳米比亚的古地质矿床中）发现了来自这一时期的岩石，就是被当时扩散的冰川携带去的。类似事件后来再没发生过，可能因为只有在那会儿才有恰好合适（或落井下石，就看你的立场了）的各种反馈的结合，使得气温一泻千里，掉进全球冰冻事件中。
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有一个假说完美解释了上述我们说到的所有状况，就是认为，地球有过一个重要的超级大陆，地球科学家称之为罗迪尼亚大陆（Rodinia）。跟另一个众所周知的超级大陆“盘古”不大一样的是，罗迪尼亚大陆以赤道为中心。当这块大陆解体时，它从裂缝中创造了更多的岩浆和新鲜矿物（正如今天的东非大裂谷），在热带分裂成了几块更小的大陆，更多暴露在了潮湿的海岸环境中。热带比别的地方有更充裕的阳光，因此地球上的水分蒸发及降雨，绝大部分都发生在这里。这对于新分裂出来的后罗迪尼亚大陆来说，就意味着狂风暴雨、剧烈侵蚀、大气中的二氧化碳被过量提取。尽管这通常也应该带来降温，并因此使降雨受限，但热带的气温可不会有那么大的变化。因此有限的降温并不能改变热带大陆暴露在大量降雨当中的情形。当降温继续进行，冰帽增长，就会通过反射更多阳光来增强冷却效应。通常来讲，如果大陆位于纬度较高的地区，就像它们如今这样，那冰盖就会遮盖大陆，使之免受风雨侵蚀，也会对二氧化碳提取加以限制，从而缓解冷却效应。但当大陆位于热带地区，冰盖就主要在海里，无法保护大陆。总之，冰面扩张、风雨侵蚀岩石，基本上都在无拘无束地进行，一直到南北两个半球的冰帽增长到非常大，反射了非常多的阳光，于是再也没有什么能阻碍冰帽增长。最后两个冰帽在赤道几乎（或是完全）合二为一，把行星地球整个包在冰里达几千万年。
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幸好，海洋底下还保有小块小块的液态水，生命有赖于此躲过了这场灾难。而最终，地球也从这一事件中恢复了元气，这（当然）是因为板块构造活动亦步亦趋赶了上来。简单来讲，全球冰盖和冰点气温阻断了风雨对岩石的侵蚀，使二氧化碳不再被进一步提取；相反地，在俯冲带（比如火山弧）以及洋中脊持续进行的火山活动会释放二氧化碳，使温室气体水平复原。越积越多的火山灰很可能也有助于把冰面搞得脏兮兮，这样冰面的反射率就降低了。最终，地表又暖和起来，地球这颗行星逃离了冰冻状态。最近一次雪球事件刚好结束于多细胞生命诞生之前，也就是大约6亿年前，这可能是一项助力，触发了复杂生命的兴旺繁盛，也就是寒武纪生命大爆发。
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地球同样也有过几次重大的升温事件，使整个星球都酷热难耐，冰盖完全消失，甚至北极圈内都一片热带风情，在那儿已经发现了棕榈树和史前鳄鱼的化石。最令人瞩目的一次升温事件发生在大约五六千万年前，叫作始新世的年代里，按地质学标准的话，是在恐龙被尤卡坦半岛的小行星撞击事件一扫而空之后没多久。恐龙就是生活在气候十分温暖的年代，只是没有始新世那么暖和。始新世的大气中二氧化碳水平很高，这些二氧化碳很可能是北大西洋的大陆解体、撕裂时，从今天的巴芬湾喷涌而出的大量岩浆正好遇上了海底富含碳酸盐的沉积物，于是灼烧、释放出来的。始新世也标记了几次剧烈的超级增温事件，叫作“过热事件”（hyperthermal），其中一次极为引人注目，学名“古新世—始新世极热事件”（PETM），达到了记录在案的温度极值。（当然，这里的“记录”，并不是真的指有人在彼时彼地测量温度和二氧化碳水平，而是指这些数据可以间接测量到，因为温度会影响海洋和有机体吸收氧及碳的同位素的方式，而这些同位素含量水平，实际上就是某给定元素不同同位素的数量之比，记录在了岩石和化石里。这样一来，测量这些同位素也就相当于测量温度、二氧化碳水平等等。）
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古新世—始新世极热事件极为短暂，可能的诱因是海底释放的甲烷。即便今天，海底的微生物也还在大量生产甲烷，并冰封在一种叫作笼合物的冰里。火山活动释放的二氧化碳（通过灼烧沉积物）带来的升温也会加热海水，如果热到能融化笼合物，便会释放出冰封着的甲烷。甲烷是温室效应极强的气体，会使气候和海洋都进一步升温，于是更多笼合物融化，如是往复，进入强烈的温室效应正反馈。然而，由于大气中氧的含量很高，甲烷会在不到10年里就分解掉，被相当快地从大气里清除出去（实际上是变成了水汽和二氧化碳，这二者的温室效应要弱一些）。甲烷的这些特性，可能就是为何这一极热事件如此剧烈又如此短暂的原因。
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从始新世以来的最近5000万年，地球经历了持续的降温。始新世的澳大利亚和南极洲还连成一片，海岸线朝北向着赤道凸出，伸进温暖的海域。紧贴海岸线的洋流因此会将温暖的海水从温和的气候带向南输送到南极洲的极地，使南极洲保持温暖，不会结冰。但后来澳大利亚从南极洲解体了，朝北向着亚洲移动。南极洲的海岸洋流于是被困于冰冷的极地海域中，就跟今天一样，这叫作绕极流，不再有更暖的海水被输送而来。这在南极洲造成了大幅降温，冰帽开始增长，引发更多降温，推动更多冰层成形，如是往复。
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澳大利亚次大陆向北移动是板块构造活动的一部分，同一个板块构造活动也使印度板块与亚洲板块相碰撞，喜马拉雅山脉因而隆起。这座巨型山脉的出现，很可能也让大量的风雨侵蚀及对二氧化碳的清除在此发生，这就是雷默—拉迪曼假说，以美国古气候学家莫林·雷默（Maureen Raymo）及威廉·拉迪曼（William Ruddiman）共同命名。山脉通常能引发降水，因为潮湿气流会被吹向山坡上海拔较高、气温较低的地方。此外，夏季时大陆增温，会在陆地上形成对流性的上升气流，于是海洋上的潮湿气团就被吸过去填空，这样就在陆地上形成了降雨降雪，以上现象称为季风环流。总之，新近隆起的喜马拉雅山脉引发了更多降水，带来了更多风雨侵蚀，因此对二氧化碳的提取力度更大，由此放大了长期的降温趋势。
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不过在这5000万年的降温中，南极洲在大概3000万年前又一次失去了冰盖，要到再过1500万年的中新世时才失而复得。从中新世开始，地球有了冰帽，近几百万年的气候史细节也更容易弄清，因为有更多的气温“指标”可以测量，这些指标就在冰芯、树木年轮、洞穴沉积物等等之中。这些告诉我们，在最近这几百万年里，反复出现过数次短暂的冰期（也就是冰川事件），分别持续数万年至数十万年不等，这些周期与前面说到的米兰科维奇循环完美贴合。
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最近一次主要的冰期发生在更新世，期间气温虽也有过短暂起伏，总体上还是从大约260万年前一直持续到了约12000年前，也就是人类文明的肇始时刻。但就算从大约700万年前人类出现（晚点我们再来细说这个）算起，地球已经一直有强烈的降温趋势，实质上就是处于冰河世纪，因此在人类存在的所有时间里都有冰帽相伴。简而言之，我们是冰河世纪的产物，没有演化成可以在始新世那样的环境里生存的物种。很大程度上，这也是为什么格陵兰岛和南极洲的冰帽消失对于我们是祸从天降：就算不去考虑由此带来的海平面剧烈变动，我们也会发现自己将身陷整个人类物种从未经历过也从未想要适应的地球环境之中。
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人类自己造成的气候变化已经将自己推向了错综复杂的危急关头，因此对我们来说，稳定气候和宜居性的成因，以及气候变动的机制，都是相当重要的经验教训。人类活动排放的二氧化碳来自矿物燃料的燃烧，这些二氧化碳带来的温室增温效应不难察觉，而且早在一百多年前就已经由瑞典物理学家兼化学家（同时也是诺贝尔奖得主的）斯万特·阿累尼乌斯（Svante Arrhenius）做出了准确预测。而大气二氧化碳水平一直在以反常速率稳步增长这一事实，也已经由美国地球化学家查理斯·基林（Charles Keeling）的观测数据确认——这些数据收集于夏威夷冒纳罗亚（Mauna Loa）火山顶，收集了近60年。面对这些二氧化碳排放，气候具体会如何变暖，细节还颇有争议，但变暖这个大趋势则明显确切无疑。
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但是，究竟是我们当前的二氧化碳排放引发了气候变化，还是气候无论如何都会自己发生变化（这样的话人类活动就没有什么影响了），这个问题曾经（某种程度上现在仍然）富有争议。地球气候自己也发生过变化，但通常都在二氧化碳水平发生变化的时候。当大量而且通常稳定的碳储量被燃烧或突然解放出来，比方说火山爆发，我们的气候也会有强烈的响应；因此，如果我们从别的仓库里释放出大量二氧化碳，却认为地球气候会给出不同的反应，这想法显然一点道理也没有。较之气候变化的自然原因，我们人类的活动是否会有什么不同，提出这种问题就好比是问，在枪战中玩俄罗斯轮盘赌（在左轮手枪中放一枚子弹，随意转动弹堂，对准自己的太阳穴开枪）是否会影响你的生存机会。如果目标是活下来，那答案就是，别去玩俄罗斯轮盘赌。
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但最后我得提醒大家，探讨人类活动导致的气候变化，不是为了拯救行星地球，而是为了拯救我们自己，也就是说，让这个狭窄的宜居带对我们人类以及其他一些冰河世纪产物保持宜居状态。无论我们人类多么自暴自弃，地球自身在未来数百万年里都会处之泰然。板块构造活动最终将清除我们废弃的全部二氧化碳，万事万物也都会回到原来的轨道。我们等不了那么久，但地球可不管这些。
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 [:1701069958]
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 第七章 生命
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生命如何起源，这个问题是自然科学的一樽圣杯，也是巨大的未解之谜之一。如果不那么诗情画意，那这个问题更恰当的说法就是：从生命的非生物起源——无机物、无生命物质——出发，怎样才能形成生命？
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在尝试精确描述生命的诞生之前，我们必须先对生命下个定义，这样才知道我们要探寻的究竟是什么。（虽说生命的迹象凭直觉来说再明显不过——在此引用美国最高法院大法官波特·斯图尔特的名言“看到我就知道了”［I Know it when I see it］——但从科学的角度来讲真的并非如此）最简单意义上，生命就是一种化学反应，能直接或间接地从周边环境中提取物质和能量，从而生长、繁殖和自我复制。这个反应被称作自催化（autocatalytic），在这过程中，反应的产物可以反过来促进甚至加速反应的进行。比如，在光合作用中，植物利用来自阳光的能量，将水和二氧化碳结合，制造出长长的糖分子；而植物本身大部分由这种糖分子以纤维素的形态组成，所以越多糖分子的形成就能支持越多的光合作用。另外，需氧细胞（也就是进行有氧呼吸的细胞），以及像人类这样的动物，会食用植物或以植物为食的其他生物，吸收物质，并利用这些植物储存的光能，生长出更多细胞，进而吃下更多植物。通过自身的再生和繁殖，生命积极地向外扩张，寻求物质和能量的来源。
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生命的有些特征也适用于若干非生物的化学反应，比如说，火焰。如同需氧生物，火焰也消耗物质和能量，但与光合作用恰恰相反，火焰的产物是水和二氧化碳；如同生命，火焰也会向外扩张去消耗燃料（比如木头和草），并且通过加热燃料使其燃烧，来实现自我催化。
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不过，另两个对生命的定义，就把它跟火焰区分开来了：首先，生命的反应并不只是消耗物质，还会生成复杂分子，并以此为模板催化出更多这样的复杂分子，由此实现复制。这样的复制也并非只是促使反应加速，它还使先前分子中的信息可以遗传下来。相比之下，火焰并不会复制复杂分子，而只生成简单的分子，就是水和二氧化碳；其次，生命靠自然选择进行演化——如果环境变得不适合维持化学反应，那么只要环境变化不是太快，生命就有可能做出调整。但这种调整依赖于生物对上一代进行的不完美复制，就是说，当新一代生物体诞生后，它们会产生一些变化，而不是对上一代的精确克隆。这样一来，生物群组或者说物种，就会有相当大的多样性，从而其中部分成员就会对环境的不利变化更为适应，并能够生存下来，而那些不能适应的生物就只好相继死去。这就是达尔文自然选择理论的实质。火焰就不能做出这种调整，如果环境变得太冷或太湿，它只会熄灭，并不存在一个优胜劣汰的选择过程，把更容易在寒冷或潮湿环境下燃烧的火焰保存下来，同时让其他火焰相继消亡。简而言之我们可以说，生命是一种自我维持、消耗能量的化学反应，它的产物分子可以自我催化或自我复制，但在产物中有相当大的多样性，这样当环境（以足够缓慢的速度）恶化时，就会发生由自然选择造成的物种演化。好吧，这也不是多么简短的说法。
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这颗行星上所有的生命都由细胞组成，维持生命的化学反应都在细胞这一密封舱中进行。密封舱由一种稍具渗透度的薄膜封闭起来，它允许营养物质和能源入内，同时也保护化学反应，使之不会被比如海浪撞击这样的事情干扰而减弱或扑灭。最早的这种密封舱甚至有可能利用过火山石（比如浮石）里面的气泡来保护化学反应。有些非细胞的实体（比如病毒），就是包裹在保护鞘中自由漂浮的遗传物质，具备生命的某些特征，比如自然选择，但它不能进行自我复制，除非劫持其他生物的细胞工厂。因此，非细胞实体到底算不算生命，还是一个见仁见智的问题。