讀懂地球“日記”

張唯誠

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，其他則消失于侵蝕、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、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，當人類這個物種出現(xiàn)以后，其對地球的影響力如此之大，遠超其他一切物種，因為人類能掌握科技這種改變地球的全新手段。一些科學家認為，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80年代，是美國密歇根大學地質(zhì)學家尤金·斯托莫率先提出的。到了2002年，由于德國化學家保羅·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了“人類世”的新時代，那么“人類世”就應接在全新世之后。全新世開始于11700年前，它標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，地球終于跌進了寒冷的冰期，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?shù)厍蛟陔x太陽最遠的軌道上運行時，北半球會恰好進入夏天，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

很多科學家的研究都顯示，正是人類的活動打亂了大自然固有的節(jié)律。這種氣溫上升的趨勢開始于1750年，大致相當于工業(yè)革命開始的時候。從那時起，人們大量地開采資源，燃燒煤、石油、天然氣等。在過去的250多年里，人類燃燒的化石能源和釋放的二氧化碳超過了以往人類歷史上的任何時期。

為了弄清地球大氣的化學組成發(fā)生了怎樣的變化，科學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里，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(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。當二氧化碳溶解在了水中，它們和水分子發(fā)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(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，這種情況不僅把當時的地球拉回到了溫暖的狀態(tài)，還使海水嚴重酸化，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，這可能是因為當時二氧化碳進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。有科學家認為，盡管人類在深刻地影響著地球，但人類的情況并非是獨一無二的。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(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。

【責任編輯】龐 ?云