地球-行星的力量

地球科普三部曲之行星的力量2018.10目錄：序言第一章、碰撞第二章、火山第三章、大氣第四章、海洋第五章、冰川第六章、地球序言

忽然，一顆閃閃發(fā)光、藍白相間的寶石從月亮后面浮現(xiàn)出來，這一緩慢動作持續(xù)了很久，場面十分壯觀。這個明亮的球體呈現(xiàn)出柔和的天藍色，上面還點綴著緩緩飄動的旋渦狀的白色輕紗。它緩緩升起，宛若一顆小小的珍珠鑲嵌在一大片深邃而神秘的黑色背景中。過了許久，我才完全意識到這是我們的家園——地球。美國宇航員埃德加·米切爾引子切爾斯基是俄羅斯東北部的一個小鎮(zhèn)，寒冷而偏僻，是地球上最荒涼的地區(qū)之一，這里有一望無際的凍土帶。血湖謂語切爾斯基市郊，冬天，湖面會完全凍結(jié)，整個湖面覆蓋著大約一米厚的不透明灰白色冰層。我們可以看到封在冰層下面的氣穴，以及從湖水深處不斷往上冒的氣泡。實際上，整個地區(qū)幾乎所有的湖泊都會排放出：無色、無味、極易燃燒的氣體——甲烷自上個冰河時期以來，西伯利亞的甲烷一直封存在約1000米的永久凍土層中，只在每年夏天大概最上層的半米融化，極少數(shù)甲烷逃逸出來。據(jù)估計，全球甲烷總儲量的25%左右蘊含在西伯利亞的永久凍土層中。目前，隨著湖泊的融化，越拉越多的甲烷正以越來越快的速度外泄。

北極是溫度上升最快的地區(qū)

相比之下，目前地球表面的平均溫度為15℃。但是我們排放溫室氣體的速度更快，以前發(fā)生的情況可能會再次發(fā)生。我們存活在這個地球上，要有穩(wěn)定的氣候，這取決于海洋、陸地、大氣、冰凍圈、生物圈之間聯(lián)系的隱形網(wǎng)絡。它們表面相互獨立，卻又以超出我們想象的緊密聯(lián)系配合運轉(zhuǎn)，通過物質(zhì)和能量的不斷交換來維持氣候穩(wěn)定，使人們能夠生存。空氣革命18世紀60年代，蘇格蘭的詹姆斯·瓦特開始設計一臺大氣發(fā)動機，他并不知道的是，自己的發(fā)明不僅創(chuàng)造了一個全新的工業(yè)時代，也同時開啟了一個新的地質(zhì)時代。蒸汽機發(fā)明——煤鐵的使用量爆發(fā)式增長——機加工產(chǎn)品的生產(chǎn)迅速擴大——運輸方式的發(fā)明和創(chuàng)新——人類活動和對環(huán)境的影響均呈全球化的趨勢。許多科學家把18世紀末當成一個關(guān)鍵的地質(zhì)學時期，人類在自然力的支配下生活的幾千年，終于進入了新的地質(zhì)時代：靈生紀——人類主宰的時代。18世紀80年代以來，南極洲和格陵蘭島冰封的荒原上就覆蓋著層層積雪，它們記錄著溫室氣體開始增加的過程——雖然緩慢，但顯而易見。肺臟與流沙亞馬遜雨林為地球上約三分之一的生物提供了家園，各種動植物都在這里找到了它們的棲息地。通常雨林被稱為“地球的肺臟”，可事實是：它們能釋放多少氧氣，就能消耗多少氧氣——它們在提供氧氣和消耗二氧化碳上是中立的，而且這個平衡可能十分脆弱。當人類排放的二氧化碳更高時，雨林就會更加的枝繁葉茂；同時，當森林被人類活動焚毀，儲存在樹木中的二氧化碳就會重新釋放到大氣中，這時候森林中的微生物會更加的繁盛。根據(jù)數(shù)據(jù)預測，有可能在幾十年間，亞馬遜雨林會從二氧化碳的主要消費者變成主要生產(chǎn)者。遠在非洲的撒哈拉沙漠，當勁風從撒哈拉刮過，再像洪水一樣涌向陸地，甚至能抵達遙遠的英格蘭，盡管它最強勁的勢頭會在大西洋上空消散，但它所攜帶的上百萬噸泥土，會在大氣層中滯留，最終像下雨一樣降落在亞馬遜流域。正是因為礦物質(zhì)粉末不斷的運送到這里，這種跨越大洋的營養(yǎng)供給使雨林茂密繁盛。然而，隨著全球變暖，熱帶地區(qū)溫度上升必然會使非洲下級降水增多。在未來數(shù)十年，撒哈拉內(nèi)陸地區(qū)的降水有可能會恢復到正常水平，進而促進植物生長，植物又會吸收水汽，使空氣變得潮濕，進而引起更多的降水。當植物牢牢抓住松軟的地面，就不會有撒哈拉風暴中的沙塵，而越過大洋的雨林，就會遭到破壞。問題從上面這些事實我們可以看出，整個地球是一個精確而復雜的聯(lián)系在一起的系統(tǒng)，那么我們研究整個系統(tǒng)的意義就提出了這樣的問題：究竟是地球這樣的環(huán)境誕生了人類（生物）？還是人類（生物）必須誕生于地球這樣的環(huán)境？或者換一種說法：到底是人類拯救地球？還是地球拯救人類？第一章、碰撞誕生彗星一顆孿生星球流星隕石海洋撞擊恐龍的滅絕1994年7月16日，蘇梅克·列維彗星與木星相撞。地球就像一個被巖層包裹的金屬球，以每小時10.7萬千米的速度在宇宙中飛馳。如我們想象的一樣，這個旅程并不是空蕩蕩的，而是經(jīng)常會遭遇一些碰撞。事實上，宇宙中的連環(huán)碰撞可以被認為是地球故事的最核心部分，自地球誕生以來，來自外圍的碰撞一直是地球改變的推動力，使它成為適宜人類居住的星球，為我們提供生命的要素——甚至可以說提供了生命本身。誕生“星子理論”認為：隨機碰撞是內(nèi)行星行程的主要過程——太陽星云表面籠罩著一層混亂的微塵粒，其中的塵粒粘合在一起形成塊狀物，塊狀物聚集在一起形成數(shù)米大小的巖塊，巖塊聚集在一起形成數(shù)千米大小的微行星，這一過程持續(xù)下去，就逐漸增大到幾百千米到幾千千米的星體。星體會碰撞周圍的較小的微臣/巖塊/微行星，并將它們吞噬，這就是行星的形成過程。根據(jù)目前的研究結(jié)果，內(nèi)太陽系的巖石行星——水星、金星、地球和火星，都是以這種大魚吃小魚的方式行成的。在這個過程中，約有100個月球大小的星體，10個水星大小的星體和若干個火星大小的星體被吞噬。這個過程不斷持續(xù)，直到將臨近的區(qū)域清空。木星是一個具有318倍地球體積的巨大行星，它的引力吸引著非常龐大的小行星帶，可以說同時守護著地球和這些小行星。在木星的保護下，地球避開了絕大多數(shù)的到處飄蕩的碎片，但是總有漏網(wǎng)之魚，每個幾千年，就有小行星從木星和土星的重力拉鋸戰(zhàn)的空隙中逃逸出來，這些逃逸行星新的軌道會有一部分穿過地球的軌道，更有一些會直接撞擊到地球上。木星所處的位置很接近雪線，這是太陽系一條隱形的分界線，它把內(nèi)太陽系中由塵埃、巖石、金屬構(gòu)成的星體和外太陽系中含有大量水汽、冰層的星體隔離開。在雪線以外，水主要以雪的形式存在，比如木星和土星。在更外層的太空，天王星和海王星以及被降級為小行星的冥王星，都存在在這個冰封的世界里。而還有一種星體，它們是行星誕生之初留下來的碎石，主要由雪、冰凍物質(zhì)、塵埃組成。這就是我們的星球面臨的另一項威脅——游蕩在太空的彗星。彗星彗星一般是由冰凍碎屑組成的球形，當這些雪球沿軌道繞太陽飛行時，特別是靠近太陽時，太陽風會把它們表面大部分的氣體蒸發(fā)掉，就產(chǎn)生了我們看到的霧化尾跡——彗星獨特而明亮的尾部。當彗星多次經(jīng)過太陽，其冰凍表層被完全蒸發(fā)掉，就會只剩下一個巖石內(nèi)核。比如剛才提到的蘇梅克·列維彗星。1997年，加利福尼亞西瓦內(nèi)達華山區(qū)，海爾-波普彗星照亮群山。一顆孿生星球在太陽系中，地球和幾個臨近行星都是一連串碰撞的幸存者——這些碰撞使隨機進行的，但最終結(jié)果也是獨一無二的。每顆行星都有它獨特的碰撞史，也形成了它獨特的化學構(gòu)成元素和獨特的運行軌道。很久以前，地球有一個孿生兄弟，我們叫它忒伊亞，它的直徑大約是地球的一半。兩顆行星沿著統(tǒng)一軌道圍繞太陽公轉(zhuǎn)了數(shù)百萬年，然后不可避免的發(fā)生了碰撞。在距今大約44億年前的某個時刻，它們的軌道相交，碰撞對結(jié)果是忒伊亞被毀滅了，它的大部分碎片被地球所吞噬，余下的殘骸和地球表面剝離的碎片混合在一起，形成了云狀物，這些云狀物逐漸凝結(jié)，現(xiàn)在，我們叫它——月球。忒伊亞的大量碎片使地球迅速膨脹，大約比之前的地球增大了20%的體積。這時的地球的重力就足以吸引厚厚的大氣層，這也是地球出現(xiàn)生命的必要條件之一。最初的月球離地球比現(xiàn)在更近，它的引力和太陽的引力相配合，使地球的自轉(zhuǎn)傾斜角，也就是我們現(xiàn)在說的黃道夾角，穩(wěn)定在較小的范圍內(nèi)，這是現(xiàn)在我們地球四季形成的原因。月亮就是地球的溫度調(diào)節(jié)器。另一方面，月球引發(fā)的潮汐力——當時月球離地球非常近——非常巨大，甚至月球的引力導致剛剛冷凝的地球表面撕裂開來，來自地底的熱量通過熔巖和蒸汽的方式噴涌出來——這就是最原始的溫泉。而溫泉，可能就是生命的發(fā)源地。月球上布滿了大大小小的坑狀痕跡，這些痕跡都是作為宇宙空間內(nèi)碰撞和小行星爆炸的快照保存下來，特別是在月球這樣沒有大氣和水的存在的情況下，這些痕跡能維持數(shù)十億年。其實地球上，也經(jīng)歷過類似的碰撞和爆炸流星我們的星球成為宇宙射擊陳列館一點都不過分。流星的出現(xiàn)，是由彗星拋出破裂的小行星碎片和塵埃進入地球大氣層，并和大氣層劇烈摩擦，形成了滾燙的火球。2011年，澳大利亞埃爾斯山北部拍攝的流星雨雖然有這么多的流星降落到我們的地球上，即使它們沒有在大氣層中燃燒完全，變成隕石掉落到地面上，也不會對地球本身造成危害。而且到目前為止，還沒有一起人類因從天而降的隕石喪生的記錄。相反，隕石作為來自太空的信使，給我們帶來了遠比我們想象的多得多的東西。1908年6月30日，當?shù)貢r間上午7點17分左右，西伯利亞中部發(fā)生了一次巨大的爆炸事件。目擊者稱大約有一半滿月大小的一個火球點亮了破曉的天空。有數(shù)十名人員被撞傷、擦傷、燒傷甚至耳洞被震聾，大量當?shù)啬撩裥铕B(yǎng)的馴鹿被燒成了焦炭。后來幸存者拍攝的通古斯大爆照現(xiàn)場照片隕石1911年，達尼爾·莫洛·巴林杰在亞利桑那州東部的沙漠灌叢中發(fā)現(xiàn)了一個大洞，他認為那里蘊含著巨大的商機。他在接下來的26年里花掉巨大財富在這里進行考察和鉆探，但一直沒有結(jié)果。直到他去世之后，科學家才在那里找到了他錯過的那塊天外金屬的下落——由于碰撞，它被蒸發(fā)掉了。巴林杰身無分文的離開人世，他得到的遺產(chǎn)是這個隕石坑本身以他的名字命名，這是世界上首次公認的隕石坑。目前約有171處被認證的隕石坑海洋撞擊鑒于地球表面有四分之三的面積被海洋所覆蓋，按說應該存在有更多的隕石坑才對。然而在海洋里發(fā)現(xiàn)的隕石坑僅有10%。原因在于：地球上的洋底形成比較晚，大約形成于2億年以內(nèi)，而這個時間在地質(zhì)年齡上只是很短的。海底的隕石坑很快會被沉積物所覆蓋。海底隕石的另一個特點就是會形成巨大的海嘯?？铸埖臏缃^一顆直徑10千米左右小行星向墨西哥方向飛去，撞到大氣層邊緣，開始劇烈燃燒。當它撞擊到地球表面時，巨大的動能使空氣急劇壓縮，溫度上升到6000℃。震中的震波幾乎以光速向外擴散，地面上的一切被推平，然后推動巨大的海嘯繼續(xù)擴散。爆炸掘開了一個直徑為100千米的大洞，把一千立方千米的巖石、泥土吹了出來，鑒于當時大氣氧氣含量較高，整個地球都在燃燒。一連數(shù)月，進入大氣層平流層的煙塵和碎片遮住陽光，食物鏈從植物開始斷裂，導致大量生物死亡。幾個月后，約6000億噸的硫酸以酸雨的形式降了下來，地表水遭受嚴重污染。接另一個問題隕石撞擊對生態(tài)圈造成的打擊是毀滅性的，整個生態(tài)系統(tǒng)完全崩潰，至少65%的生物滅絕。但與此同時，生活在潛水的無脊椎生物和生活在深海的生物幸存了下來，在陸地上，蕨類植物能在野火中生存，因而植被也很快