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初中生日記:讀懂地球

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在地球的歷史上,很多“大事件”塑造和改變了地球:來自太空的岩石撞擊,熔化了地表;地殼板塊漂移,改變了海洋和陸地的格局;火山爆發影響地球大氣層的狀態,導致氣溫時高時低;地球上孕育出生命,同時它們又改變了地球……

初中生日記:讀懂地球

所有這些“大事件”都在地球的岩石中留下了痕跡,把岩層變得像一本“日記”。日記中的“文字”包括地質學上的改變,也包括植物、動物和其他生物體形成的化石。這些化石告訴人們,某一地質時期地球上的氣候是怎樣的,後來又發生了怎樣的改變。設法讀懂這本大自然留下的日記,我們纔多多少少地知道一些發生在遙遠過去的“大事件”。

地球進入“人類世”了嗎?

這本地球“日記”是不完整的,只有一部分“頁面”保留了下來,其他則消失於侵蝕、地殼板塊運動和造山運動中了,但科學家們還是大致讀懂了這本殘缺的“日記”。地球“日記”的時間跨度大約爲45.4億年,人們稱之爲“地質年代”,地質年代又被一層層地分爲更小的時間單位,如宙、代、紀、世、期、時等。

不論是參天大樹還是微生物,地球上所有的生命都在改變着地球。然而,當人類這個物種出現以後,其對地球的影響力如此之大,遠超其他一切物種,因爲人類能掌握科技這種改變地球的全新手段。一些科學家認爲,由於人類成爲影響地球環境的主要力量,地球也因此進入到了一個全新的地質時代――“人類世”(Anthropocene)。

“人類世”這個詞最早出現於20世紀80年代,是美國密歇根大學地質學家尤金?斯托莫率先提出的。到了2002年,由於德國化學家保羅?克魯岑的努力,這個詞變得爲大衆所熟知了。假若人類的影響將地球帶進了“人類世”的新時代,那麼“人類世”就應接在全新世之後。全新世開始於11700年前,它標誌着最近一次冰期的結束。

氣溫反常,不降反升

冰期是一種週期性出現的地質時期。通常情況下,地球接受太陽的熱量是恆定的,但在有些年份,季節間的反差會變小。例如一個溼潤的冬季帶來更多的水分並降下更多的雪,白色的雪反射更多的陽光,造成溫度進一步下降。假若接下來的夏季又很涼爽,積雪來不及完全消融就進入下一輪冬季。如此一來,氣溫便年復一年地降下去,地球終於跌進了寒冷的冰期,它可以持續很長時間,直到另外一次大的氣候變化重新將氣候拉回溫暖的時期。

這種氣候週期性變化是怎麼引起的呢?原來,地球繞太陽公轉的軌道是一個橢圓,而地球自轉的軸也有一個傾斜。在地球公轉的時候,北極點有一半時間偏向太陽,這時北半球就在經歷以夏天爲代表的溫暖季節;而剩下的半年,北極點轉向偏離太陽,這時就是南半球的夏天了。然而地球自轉軸的傾斜度和地球繞太陽公轉時軌道的偏心率並不是一成不變的,它們在週期性地發生着變化。在某段時期,當地球在離太陽最遠的軌道上執行時,北半球會恰好進入夏天,這時的夏天就並不那麼熱了,雪和冰來不及融化,氣溫容易周而復始地降下去,下一個冰期就會到來。我們的地球目前正好處在這樣的情況,然而氣溫卻並沒有降低,反而升高了。這是爲什麼呢?

大氣與海洋的影響

爲了弄清地球大氣的化學組成發生了怎樣的變化,科學家們需要從世界各地採集大氣樣本,這項工作由美國國家海洋和大氣局負責實施。每隔幾天,一些裝有大氣樣本的燒瓶便被送到實驗室裏,科學家們要分析每份大氣樣本中的近50種化學成份。研究小組負責人科爾姆?斯威利是一位地球生物化學家,他要研究生物和環境之間存在着怎樣的交互作用,爲此,他和他的研究小組需要認真測量這些大氣樣本中二氧化碳的含量。由於二氧化碳能鎖住大氣中的熱量,所以它被稱爲溫室氣體。溫室氣體對地球上的生物非常重要,沒有它,地球上的平均氣溫將低至零下18℃,而不是現在的15℃。

現在的.問題是,地球大氣中二氧化碳的水平飆升得太快了。從工來革命到現在,大氣中二氧化碳含量的增長超過了40%。其結果是,地球上的平均氣溫自1750年以來上升了接近1℃。

問題還不僅僅表現在大氣中,因爲在人類燃燒化石燃料產生的二氧化碳中,有三分之一是被海洋吸收掉了。海洋的這個作用有效遏制了氣候變暖,然而這是付出了代價的,因爲二氧化碳也傷害了一些海洋生物。當二氧化碳溶解在了水中,它們和水分子發生反應生成碳酸,海洋變得酸化。假若海水的酸度過高,海洋生物的貝殼和骨骼就會受到損害。

有孔蟲滅絕之謎

在海洋中,碳酸能分解一種物質――碳酸鈣,碳酸鈣是一些海洋動物,例如珊瑚和蛤蜊所不可缺少的,它們用這種物質製造自己的殼。碳酸鈣還爲另外一種很小的有機體――有孔蟲提供製造殼的材料,有孔蟲是一種古老的原生生物,5億多年前就出現在了海洋中,至今種羣興盛,類型繁多。作爲一種原生生物,多數人甚至沒有意識到有孔蟲的存在。然而,它們非常重要,居於海洋食物鏈的底端。當海水中的酸度增強,有孔蟲和其他有殼的生物體便很難找到製造殼的材料,於是,不僅僅是有孔蟲,整個海洋的生態便都因底層食物鏈的斷裂而處在了危急之中。

大約5600萬年前,類似的事情已經發生過一次。當時,大氣中出現了高濃度的二氧化碳,其水平超過現在的兩倍,這種情況不僅把當時的地球拉回到了溫暖的狀態,還使海水嚴重酸化,很多有孔蟲類的殼都被海水溶解了。

爲了收集證據以證明這一觀點,美國耶魯大學的古海洋學家埃倫?托馬斯和她的同事們在全球多個地方進行海底鑽探,以獲取海底深處的岩石樣本。這些樣本像管子一樣長達好幾百米,裏面充滿了化石和沉積物,它們記載了地球的歷史。 科學家們發現,絕大多數樣本的“頁面”都包含大量有孔蟲的殼的化石,這些有孔蟲生活在海洋裏,它們死後沉積下來,一層一層地堆積在海底。然而,在相當於5600萬年前的一段樣本中,情況就很不一樣了。這段異樣地層的時間跨度只有5000~10000年,裏面幾乎沒有什麼化石,只有單調的泥土。在那段時間裏,生活在海洋底部的有孔蟲,有一半的種類都滅絕了。儘管5000~10000年聽起來很長久,但從地質年代的跨度看,那只是一眨眼的功夫。在如此短暫的時間裏,這些生物消失得如此突然,所以科學家們將它定性爲一次“滅絕事件”。

下一次“滅絕事件”在所難免?

托馬斯發現,那次“滅絕事件”並沒有使生活在接近海洋表層的有孔蟲遭至同樣的厄運,這可能是因爲當時二氧化碳進入大氣和海洋的速度並不是太快,給了海洋上層海水以循環的時間,絕大多數碳酸最後進入到深層海水裏,給生活在那裏的生物以沉重打擊。

5600萬年前,二氧化碳濃度的飆升是在幾千年的時間跨度中完成的。而今,大氣中二氧化碳的水平會在兩三百年的時間跨度中飛快地增長,這樣一來,由於海水極爲迅速地吸收溫室氣體,海洋酸化就沒有時間轉移到海水深處了,即使在海洋接近表層的地方,有孔蟲也很難倖免了,而海洋表層有孔蟲的喪失又將沉重地打擊整個海洋食物鏈,接下來,又一個“滅絕事件”便在所難免了。

也許幾千年或者更長一段時間後,這次事件會在地層中留下痕跡,就像5600萬年前的那次“滅絕事件”一樣,然而這次的“痕跡”是人類的活動造成的,這便是主張地球進入“人類世”這一觀點的科學家們所提出的理由。

不過反對的聲音也是同樣存在的。有科學家認爲,儘管人類在深刻地影響着地球,但人類的情況並非是獨一無二的。以植物爲例,植物釋放氧氣,更徹底地改變了陸地、大氣和水,但人們並沒有在地質年代中命名一個“植物世”。

其實,人類行爲給地球帶來衝擊並不只表現於工業革命以後,而是貫穿了整個人類社會,大約開始於5萬年前。人們注意到,有好幾百種動物和鳥類的消失都與人類的活動有關。對古生物化石的研究也表明,澳大利亞、馬達加斯加和北美大陸的一些大型動物的滅絕也與人類的出現存在關聯。有人認爲,地球正在經歷一次生物大滅絕,這是生命史上的第六次大滅絕,它就肇因於人類的到來。

所以,儘管地球是否進入了“人類世”在目前還是一個正在爭論的問題,但科學家們都同意,這個詞的出現是有警示作用的,它在告誡人們,人類是到了約束自己行爲的時候了。