初中生日記:讀懂地球
在地球的歷史上,很多“大事件”塑造和改變了地球:來自太空的巖石撞擊,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(fā)影響地球大氣層的狀態(tài),導(dǎo)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……
所有這些“大事件”都在地球的巖石中留下了痕跡,把巖層變得像一本“日記”。日記中的“文字”包括地質(zhì)學(xué)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(zhì)時期地球上的氣候是怎樣的,后來又發(fā)生了怎樣的改變。設(shè)法讀懂這本大自然留下的日記,我們才多多少少地知道一些發(fā)生在遙遠(yuǎn)過去的“大事件”。
地球進(jìn)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,其他則消失于侵蝕、地殼板塊運(yùn)動和造山運(yùn)動中了,但科學(xué)家們還是大致讀懂了這本殘缺的“日記”。地球“日記”的時間跨度大約為45.4億年,人們稱之為“地質(zhì)年代”,地質(zhì)年代又被一層層地分為更小的時間單位,如宙、代、紀(jì)、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著地球。然而,當(dāng)人類這個物種出現(xiàn)以后,其對地球的影響力如此之大,遠(yuǎn)超其他一切物種,因為人類能掌握科技這種改變地球的全新手段。一些科學(xué)家認(rèn)為,由于人類成為影響地球環(huán)境的主要力量,地球也因此進(jìn)入到了一個全新的地質(zhì)時代――“人類世”(Anthropocene)。
“人類世”這個詞最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代,是美國密歇根大學(xué)地質(zhì)學(xué)家尤金?斯托莫率先提出的。到了2002年,由于德國化學(xué)家保羅?克魯岑的努力,這個詞變得為大眾所熟知了。假若人類的影響將地球帶進(jìn)了“人類世”的新時代,那么“人類世”就應(yīng)接在全新世之后。全新世開始于11700年前,它標(biāo)志著最近一次冰期的結(jié)束。
氣溫反常,不降反升
冰期是一種周期性出現(xiàn)的地質(zhì)時期。通常情況下,地球接受太陽的熱量是恒定的,但在有些年份,季節(jié)間的反差會變小。例如一個濕潤的冬季帶來更多的水分并降下更多的雪,白色的雪反射更多的陽光,造成溫度進(jìn)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(jìn)入下一輪冬季。如此一來,氣溫便年復(fù)一年地降下去,地球終于跌進(jìn)了寒冷的冰期,它可以持續(xù)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。
這種氣候周期性變化是怎么引起的呢?原來,地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道是一個橢圓,而地球自轉(zhuǎn)的軸也有一個傾斜。在地球公轉(zhuǎn)的時候,北極點有一半時間偏向太陽,這時北半球就在經(jīng)歷以夏天為代表的溫暖季節(jié);而剩下的半年,北極點轉(zhuǎn)向偏離太陽,這時就是南半球的夏天了。然而地球自轉(zhuǎn)軸的傾斜度和地球繞太陽公轉(zhuǎn)時軌道的偏心率并不是一成不變的,它們在周期性地發(fā)生著變化。在某段時期,當(dāng)?shù)厍蛟陔x太陽最遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)行時,北半球會恰好進(jìn)入夏天,這時的夏天就并不那么熱了,雪和冰來不及融化,氣溫容易周而復(fù)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,然而氣溫卻并沒有降低,反而升高了。這是為什么呢?
大氣與海洋的影響
為了弄清地球大氣的化學(xué)組成發(fā)生了怎樣的變化,科學(xué)家們需要從世界各地采集大氣樣本,這項工作由美國國家海洋和大氣局負(fù)責(zé)實施。每隔幾天,一些裝有大氣樣本的燒瓶便被送到實驗室里,科學(xué)家們要分析每份大氣樣本中的近50種化學(xué)成份。研究小組負(fù)責(zé)人科爾姆?斯威利是一位地球生物化學(xué)家,他要研究生物和環(huán)境之間存在著怎樣的交互作用,為此,他和他的研究小組需要認(rèn)真測量這些大氣樣本中二氧化碳的含量。由于二氧化碳能鎖住大氣中的熱量,所以它被稱為溫室氣體。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(xiàn)在的15℃。
現(xiàn)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(xiàn)在,大氣中二氧化碳含量的增長超過了40%。其結(jié)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(xiàn)在大氣中,因為在人類燃燒化石燃料產(chǎn)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,因為二氧化碳也傷害了一些海洋生物。當(dāng)二氧化碳溶解在了水中,它們和水分子發(fā)生反應(yīng)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(zhì)――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(zhì)制造自己的殼。碳酸鈣還為另外一種很小的有機(jī)體――有孔蟲提供制造殼的材料,有孔蟲是一種古老的原生生物,5億多年前就出現(xiàn)在了海洋中,至今種群興盛,類型繁多。作為一種原生生物,多數(shù)人甚至沒有意識到有孔蟲的存在。然而,它們非常重要,居于海洋食物鏈的底端。當(dāng)海水中的酸度增強(qiáng),有孔蟲和其他有殼的生物體便很難找到制造殼的材料,于是,不僅僅是有孔蟲,整個海洋的生態(tài)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(jīng)發(fā)生過一次。當(dāng)時,大氣中出現(xiàn)了高濃度的二氧化碳,其水平超過現(xiàn)在的兩倍,這種情況不僅把當(dāng)時的地球拉回到了溫暖的狀態(tài),還使海水嚴(yán)重酸化,很多有孔蟲類的殼都被海水溶解了。
為了收集證據(jù)以證明這一觀點,美國耶魯大學(xué)的古海洋學(xué)家埃倫?托馬斯和她的同事們在全球多個地方進(jìn)行海底鉆探,以獲取海底深處的巖石樣本。這些樣本像管子一樣長達(dá)好幾百米,里面充滿了化石和沉積物,它們記載了地球的歷史。 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)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里,它們死后沉積下來,一層一層地堆積在海底。然而,在相當(dāng)于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,里面幾乎沒有什么化石,只有單調(diào)的泥土。在那段時間里,生活在海洋底部的有孔蟲,有一半的種類都滅絕了。盡管5000~10000年聽起來很長久,但從地質(zhì)年代的跨度看,那只是一眨眼的功夫。在如此短暫的時間里,這些生物消失得如此突然,所以科學(xué)家們將它定性為一次“滅絕事件”。
下一次“滅絕事件”在所難免?
托馬斯發(fā)現(xiàn),那次“滅絕事件”并沒有使生活在接近海洋表層的有孔蟲遭至同樣的厄運(yùn),這可能是因為當(dāng)時二氧化碳進(jìn)入大氣和海洋的速度并不是太快,給了海洋上層海水以循環(huán)的時間,絕大多數(shù)碳酸最后進(jìn)入到深層海水里,給生活在那里的生物以沉重打擊。
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,由于海水極為迅速地吸收溫室氣體,海洋酸化就沒有時間轉(zhuǎn)移到海水深處了,即使在海洋接近表層的地方,有孔蟲也很難幸免了,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后,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(jìn)入“人類世”這一觀點的科學(xué)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(xué)家認(rèn)為,盡管人類在深刻地影響著地球,但人類的情況并非是獨(dú)一無二的。以植物為例,植物釋放氧氣,更徹底地改變了陸地、大氣和水,但人們并沒有在地質(zhì)年代中命名一個“植物世”。
其實,人類行為給地球帶來沖擊并不只表現(xiàn)于工業(yè)革命以后,而是貫穿了整個人類社會,大約開始于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(guān)。對古生物化石的研究也表明,澳大利亞、馬達(dá)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(xiàn)存在關(guān)聯(lián)。有人認(rèn)為,地球正在經(jīng)歷一次生物大滅絕,這是生命史上的第六次大滅絕,它就肇因于人類的到來。
所以,盡管地球是否進(jìn)入了“人類世”在目前還是一個正在爭論的問題,但科學(xué)家們都同意,這個詞的出現(xiàn)是有警示作用的,它在告誡人們,人類是到了約束自己行為的時候了。
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