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當(dāng)?shù)厍蜃兂梢粋€(gè)大水球

2021-09-02 04:29莫菲
科學(xué)之謎 2021年6期
關(guān)鍵詞:水球海平面陸地

莫菲

從1947年到2019年,所羅門群島的5個(gè)島嶼消失了,2020年,太平洋上又有兩座島嶼消失了。這不是靈異事件,也不是自然界的未解之謎,而是海平面上升的結(jié)果。

根據(jù)美國(guó)宇航局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前全球海平面正以每年約3毫米的速度上升。這個(gè)數(shù)字看起來(lái)很小,但是如果人類沒(méi)有扼制氣候變化的有效方法,未來(lái)南北極的冰蓋可能會(huì)完全消融。屆時(shí),海平面可能會(huì)上升六七十米,許多沿海地區(qū)將被淹沒(méi),海陸分布將重新劃分,許多生物的生存因此受到威脅……僅是海平面上升六七十米就能為我們這個(gè)世界帶來(lái)巨大改變,如果地球完全被淹沒(méi),又將是什么樣的情景呢?

地球曾經(jīng)是個(gè)水球

現(xiàn)在的地球表面約有70%被水覆蓋,但是新研究顯示,30億年前,地球可能是一個(gè)“水球”。

科學(xué)家在澳大利亞西北部?jī)?nèi)陸找到了一處32億年前的地質(zhì)遺存,那里在30億年前曾是一片汪洋大海。通過(guò)對(duì)100多個(gè)石頭樣本的研究,對(duì)比其中的兩種同位素氧-16和氧-18的含量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)32億年前的海水中氧-18的含量比現(xiàn)在的更高。

科學(xué)家推測(cè),30億年前地球是一個(gè)大“水球”。他們認(rèn)為,今天海洋中的氧-18的含量之所以少,是因?yàn)榈厍蛏系拇箨?,陸地上的土壤能從水中吸收了這種較重的氧同位素。而在30億年前,占據(jù)現(xiàn)在的澳大利亞的那片海洋上可能沒(méi)有大陸,因此海洋沉積物中的氧-18含量才如此高。不過(guò),雖然被稱為“水球”,也并不代表地球完全被海水覆蓋,在海洋之上還是會(huì)有一些零星小島冒出海面。這或許是地球陸地面積最小的時(shí)候了。

而2015年,英國(guó)布里斯托大學(xué)的科學(xué)家在另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn),地球大陸“浮出”海面的時(shí)間大約在30億年之前,這似乎從側(cè)面證實(shí)了地球曾經(jīng)是個(gè)“水球”的觀點(diǎn)。

不過(guò),30億年前地球上沒(méi)有大陸可能是好事,科學(xué)家認(rèn)為,地球生命起源于海洋,正是30億年前的全球性海洋為生命的誕生提供了重要的條件。那么,如果現(xiàn)在地球變成一個(gè)“水球”,那會(huì)怎么樣呢?

大滅絕降臨

如果地球陸地完全被淹沒(méi),那么海平面至少要升高8000多米(至少是珠穆朗瑪峰的海拔高度),這將引發(fā)一系列的物種滅絕。

首先,幾乎所有生活在陸地上或者淡水中的物種都無(wú)法逃脫滅絕的命運(yùn)。包括人類、大多數(shù)植物、鳥類、哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和昆蟲等,都依賴陸地生存。陸地為我們和其他陸地物種提供了食物和淡水,為我們提供棲息地和庇護(hù)所。如果陸地全部被淹沒(méi),淡水和食物將變得非常緊缺。而植物的消失將使地球上氧氣減少,二氧化碳增加,使所有需要氧氣生存的生物受到威脅。

其次,生活在海岸附近的生物也將迎來(lái)滅頂之災(zāi)。例如珊瑚礁、海藻森林、紅樹林等,這些生態(tài)系統(tǒng)離不開海洋,但是需要大量的陽(yáng)光才能維持運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)海平面逐漸上升時(shí),它們也要“走”起來(lái),向陸地和淺海區(qū)域移動(dòng)。并且它們還需要“走”得夠快,能夠趕上海平面上升的速度,才能扎下根,獲得足夠的陽(yáng)光,否則,它們也將會(huì)被黑暗的深海吞沒(méi),最終走向滅絕。

最后,海洋生物們恐怕也很難獨(dú)善其身。在海洋中,不同的生物生活在不同深度的海域,生活在深海的魚如果被帶到淺海區(qū)域,它可能會(huì)因?yàn)闊o(wú)法適應(yīng)氣壓、水溫和海水成分等的變化而死去。同樣的道理,淺水水域的魚類如果到深海去,它們可能也會(huì)因?yàn)樯姝h(huán)境的變化而死。如果海平面上升了數(shù)千米,那么海洋中可能會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模垂直遷徙的場(chǎng)面,而一些海洋生物可能也會(huì)因?yàn)闊o(wú)法適應(yīng)環(huán)境的變化而滅絕。

不確定的氣候

生物滅絕的原因除了棲息地被破壞之外,還有氣候的變化。在地球不同的緯度、不同的地理?xiàng)l件下,氣候都有所不同。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),氣候涉及到溫度、光照、降水等。在歷史上,大滅絕事件都伴隨著氣候的變化,比如大約2.5億年前的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)大滅絕事件,火山噴發(fā)導(dǎo)致全球氣候變化,使超過(guò)90%的海洋生物和70%的陸地生物從地球上消失。那么,沒(méi)有陸地后地球的氣候又將如何呢?

一些地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為,陸地和海洋的分布是影響全球氣候的重要因素,比如借助吸熱快,散熱慢的特點(diǎn),陸地能夠影響周邊海水的溫度;江河水沖刷裹挾大量的大陸礦物質(zhì)奔向海洋,這些礦物質(zhì)的匯入不僅影響海水的密度和物質(zhì)含量,還為海洋帶去營(yíng)養(yǎng);陸地還能阻隔海水的流動(dòng)或者為海水放行,使海水為寒冷地帶帶去溫暖,為熱帶地區(qū)降溫;還能通過(guò)來(lái)往于陸地和海洋的風(fēng)來(lái)制造降雨;等等。沒(méi)有了陸地,這些好處將不存在了。

科學(xué)家們還認(rèn)為,地球之所以能長(zhǎng)期宜居,是因?yàn)榈厍蛏嫌谢钴S的地質(zhì)活動(dòng),使地球大氣層、海洋和地幔之間的礦物質(zhì)和氣體得以循環(huán),尤其是碳的循環(huán),這使地球氣候維持穩(wěn)定。碳循環(huán)中來(lái)自陸地的碳分量是比較重的,這些碳來(lái)自火山爆發(fā)、巖石風(fēng)化和侵蝕,以及化石燃料的燃燒等。陸地的消失,打破了原本的碳循環(huán)系統(tǒng),使參與碳循環(huán)的碳減少,這可能導(dǎo)致地球的氣溫下降。

珊瑚等生活在淺海地區(qū)的生物需要海水的滋養(yǎng),也離不開陽(yáng)光,如果海水上升,那么珊瑚要么“搬家”,要么在原地等待死亡。

這是不是說(shuō),地球變成水球后就不再宜居了呢?情況或許沒(méi)有那么糟。2018年,美國(guó)芝加哥大學(xué)和賓夕法尼亞州立大學(xué)合作的一項(xiàng)研究顯示,如果一顆巖石行星位于宜居帶,即使它的表面完全被水覆蓋,只要行星上蘊(yùn)含著適量的碳,那么僅僅通過(guò)碳在大氣和海洋之間循環(huán),也能維持星球上的氣候穩(wěn)定。也就是說(shuō),如果碳循環(huán)能夠維持正常運(yùn)轉(zhuǎn),含量不至于過(guò)高或者過(guò)低,那么地球也還會(huì)是生命的樂(lè)園,不過(guò)這生命應(yīng)該都是水生生命了。

被水拖慢的地球

然而影響氣候的因素有很多,自轉(zhuǎn)速度也是其中之一,自轉(zhuǎn)速度的快慢決定了每一個(gè)地點(diǎn)的光照量。而地球的自轉(zhuǎn)速度一開始與現(xiàn)在并不一樣,在前寒武紀(jì)(地球誕生至約6億年前),自轉(zhuǎn)速度比現(xiàn)在要快,一天只有21個(gè)小時(shí),這主要是因?yàn)樵虑驅(qū)Φ厍虻睦蹲饔谩6矬w的旋轉(zhuǎn)速度與其質(zhì)量分布也是相關(guān)的。南北兩極冰蓋沒(méi)融化之前,被固定在地球自轉(zhuǎn)軸的中心;冰蓋融化之后,水流入分布在全球范圍的海洋里。隨著水分散到海洋中,地球自轉(zhuǎn)速度也將變慢,這與芭蕾舞演員旋轉(zhuǎn)時(shí)的情況相似——舞蹈演員旋轉(zhuǎn)時(shí)把手緊貼著自己的身體(質(zhì)量集中),比打開雙臂(質(zhì)量分散)時(shí),旋轉(zhuǎn)速度更快。

地球變成水球,自轉(zhuǎn)可能會(huì)被海水拖慢,從而影響到板塊運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致地震頻發(fā)。

2014年,英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),南極洲的地殼正以每年至少15毫米的速度隆起。他們認(rèn)為,這是因?yàn)槟蠘O洲的冰雪消融,減輕了陸地承受的重量,并且地表之下黏稠的巖漿不斷上涌導(dǎo)致的。這將導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度輕微減慢??茖W(xué)家們推測(cè),這樣的情況可能還發(fā)生在其他被厚厚的冰蓋覆蓋的地方。

那么,如果地球陸地完全被海水覆蓋,自轉(zhuǎn)速度減慢,又如何呢?首先地球的一天時(shí)間變長(zhǎng)了。更重要的是,2017年,美國(guó)地球物理學(xué)家羅杰·比勒姆提出,隨著地球自轉(zhuǎn)速度的減慢,赤道會(huì)縮小。但是構(gòu)造板塊卻不容易收縮,這意味著板塊的邊緣將被擠壓,從而導(dǎo)致板塊邊界處頻繁發(fā)生地震。而地震強(qiáng)度足夠大的話,地球上大浪滔天的景象可能就是常態(tài)了。

雖然陸地不可能完全被海水淹沒(méi),但是我們將可能面臨海平面上升帶來(lái)的巨大改變,不僅地球面貌將被改變,地球生命也將經(jīng)歷大洗牌,一批生命將走向滅絕,一些生命為適應(yīng)新環(huán)境而演變出新的特征……現(xiàn)在,或許我們還來(lái)得及為“拯救”陸地、“拯救”我們賴以生存的家園盡一份力。

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