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三年大雨,东京被淹?地球:这事儿我见多了

物种日历 2019-11-20

新海诚的新作《天气之子》在 " 天气 " 这个主题上开足了想象力。虽然少年少女的爱恋进一步衬托了极端气候灾害的无情,可荧屏上的刻画比起地球历史上真实的气候事件,还是有点小巫见大巫了。

可以说是 " 中二病也要谈恋爱 " 了。图片:《天气之子》

四十六亿年生生不息的地球,缺什么?偏偏不缺环境演化的想象力。

当回顾地球历史上真正的重大气候转折时,你会发现,用 " 想象很骨感,现实很丰满 " 来形容一颗星球的演化,似乎从不为过。

遥远宇宙冰晶纷落无尽暴雨铸成海洋

承蒙现在的基础地理教育,我们知道:地球表面绝大部分都被海洋覆盖,陆地只占到地球表面积的三成左右。拿出地球仪,随便转到哪儿,都免不了多多少少有些蓝色的背景和陆地交相辉映。如果把地球仪转到南太平洋某个特定的位置,甚至整个半球都几乎找不到一块像样的大陆。这样的星球,也难怪被人们称为宇宙中的" 蓝色弹珠 "(The Blue Marble)了。

The Blue Marble,由阿波罗 17 号拍摄的地球经典证件照。图片:NASA

可这么多水到底都是从哪儿来的呢?长久以来,人们一直在寻找答案。

神话提供的解决方案倒是粗暴:暴雨+大洪水

显然,这个答案看上去太 " 神话 " 了。科学时代的人类,自然想看到一些更 " 科学 " 的答案(也会更无聊一些)。但随着越来越多的证据被揭示,人们逐渐发现,全球普降暴雨洪水这事儿,好像还真的是几十亿年前地球大洋初形成时代的合理解释;而且,这些水来自陨落的外星,它们从太阳系边缘的黑暗之处不远千万里飞向地球,如同炮弹一样砸在地球表面,直接砸出今日海洋的体量

连神话也不敢这样编呀。

可科学给出的主流解释的确是这样的。这要追溯到太阳系和地球刚刚形成的头几亿年里。地球属于岩质行星。岩石物质比重大、熔点高。当本来分布均一的尘埃盘持续接受太阳风的吹击时,只有比重大、熔点高的物质可以留在离太阳更近的地方,久而久之就聚成了一个个 " 石头疙瘩 " ——岩质行星;而比重轻、熔点低的水则被吹向了远端,在太阳系外侧聚集了起来,成为宇宙中无数漂浮的冰块,它们造就了今天的彗星

说到彗星……今天真不是新海诚专场。图片:《你的名字》

此后,木星、土星这些质量巨大的巨行星在调整轨道的过程中,飞进了冰质小天体富集的外侧区域。它们用引力弹飞了不计其数的冰块,其中一些冰块飞向了太阳系内带,砸在地球上,就为地球带来了水

当时地球表壳刚刚凝固不久,本身就很薄,内部还维持着炽热的状态。经这么一砸,无数小行星的动能转化成地球的内能,地球内部再次升温,薄薄的地壳就又再次熔化了。而砸进来的这些冰质小天体,则在高温撞击中气化为了水蒸气。融化的地球表面全是岩浆,水自然无法以液态的形式呆在上面,于是,今天全球四大洋加江河湖海的全部水量,当时都是大气层里的蒸气

如此看来,影片中提到的," 一朵积雨云有着一片湖泊的水量,天空可是比大海还深远的地方 ",似乎还有点道理。图片:《天气之子》

可地壳终归会变冷、凝固。当再次凝固的地壳冷到足以承载液态水时,大气层中的水蒸气就要纷纷落下,汇聚为海洋了。这场全球普降的暴雨估计足足降了千年万年之久,它们落在新生的地壳上,成为太初的大洪水,冲刷着鸿蒙初清的地表,然后形成海洋,遍布四方。

影片结尾,大雨下了三年,大半个东京都被淹没(图左);现实中,2019 年的第 19 号台风 " 海贝思 " 确实给日本带去了强降雨(图右)——这当然只是巧合。图片:《天气之子》;twitter

万年不散的毒雾

覆盖全球的降雪

降雨成洋的时代结束之后,地球还远未达到今天这幅生机勃勃的样子。科学家们测算过,如果让今天阳光的总照射量缩减个 3%,地球上到处就都要发生极端气候事件,纷纷 " 凛冬将至 " 了。

距今大概 38 亿年前,太阳还处在幼年期,释放的光能远比今天弱太多,可地球上的水体一经形成,却偏偏能以液态的形式存在得好好的,以至于在当时的岩层里留下了清晰可辨的痕迹。

为啥连太阳都俨然一副还没走出摇篮的样子,地球反而能像今天一样维持液态海洋不被冻上呢?

因为大气有 " 毒 "——当然,这是站在今天喜氧生物的视角的看法。这些毒气,就是充斥在早期地球大气中的二氧化碳、甲烷、氨气等。氧气?对不起,早期地球并没有氧气这种东西。

地球形成早期,大气成分以硫化氢、甲烷、二氧化碳、水蒸气等为主。图片:Peter Sawyer / Smithsonian Institution

可就是这层放在今天绝对会摧毁整个生物圈的毒气层,在当时,却是太初生命的襁褓。原因很简单:这些气体都是著名的温室气体。就算早期太阳的光芒非常微弱,只要地球自身拥有一个有效的保温层,就可以在地表维持液态水存在的环境。

就这样,大气层相当于为地球盖上了一床厚厚的 " 棉被 "。最初的古菌就在这襁褓中一点点繁衍,直到发生了一件事——它们演化出的一个分支,学会了制造氧气,准确来说是学会了排泄氧气,因为这是它们的代谢废物。

这种代谢废物,对当时的环境来说可就糟透了。氧气是一种极强的氧化剂(可不,氧化二字就是人家冠名的呀),当时其他气体都是还原性物质,氧化还原、一拍即合,吭哧吭哧一反应,还原性的大气就被大量消耗掉了

今天,海洋原绿球菌等产氧光合蓝菌及其所在的海洋,提供了地球上的绝大部分氧气。图为电镜下菌株 MIT9215 的球菌个体及其培养基。图片:Chisholm Lab / flickr

但太阳还没彻底亮起来呀。

这就相当于在三九隆冬的夜晚,把你暖气关了、棉被甩了,再把你扔到大街上。不消说,地球环境肯定不干了。这么折腾,是要让全球都冻上的呀!

然后呢?然后就真冻上了……没错,真冻上了。

在这次叫做 " 休伦大冰期 "(Huronian Glaciation)的事件中,全球各处——无论极地还是赤道——统统没有熬过万里冰封的命运。从太空望去,地球俨然一个飘在宇宙中的大雪球。在如此可怕的大冰期里,光合生物却丝毫没停下手中的活儿,它们继续释放着氧气,要氧化大地、氧化海洋,还要氧化天空。

" 毒气 " 被清理了,氨被还原成了氮气,直到氧气过剩,和氮气一起成为地球大气的主宰。新生的氮氧大气,让地球第一次通透了起来,从此有了蓝天、有了白云。

蓝天白云,还真不是自古就有的。图片:pixabay

对于那些生活在太古宙、不靠氧气生存的古菌来说,这片蓝色的天空,无疑是最大的气象灾害了。但很遗憾,熟悉的 " 温室襁褓大气 " 再也没有恢复,一直延续到今天。在那之后的十几亿年里,把全球冻上的大冰期倒是又有了一次。还是相同的配方,还是相同的味道:氧气含量继续增加,地球保温能力继续下降。

可不一样的是,由于氧气成了统治者,喜欢氧气的生物种类也在继续增加(毕竟氧气代谢效率高呀!),直到各种奇形怪状的生物仿佛爆发一样,在极短时间内纷纷出现。这便是后来所谓的 " 生命大爆发 "。

箭头所示即是寒武纪生命大爆发。图片:pixabay

横跨洲际的火山喷发

终年不散的漫天扬尘

生命大爆发是个好事,但火山大爆发可就不一样了。作为生物,谁都怕这个。说来也巧,几乎每次大灭绝事件发生时,地球某个地方就往往会有同期的极端火山事件出现:在二叠纪—三叠纪之交,地球上将近 98% 的物种都没了;无独有偶,当时地球上爆发着显生宙(约 5.41 亿年前大量生物出现的时期)以来最大的一次火山事件,熔岩喷发的面积足足可达一百多万平方公里。

但就算是一百多万平方公里的巨型熔岩溢流,对生物来说,也不是个绝对应付不了的事(大不了大家躲远就是了)。那为什么每每出现这种极端火山作用时,生物还是死得这么决绝呢?

原因在天气。

极端火山作用对地球环境的冲击,远远不是靠它海量的熔岩完成的。每当喷发之时,熔岩本身倒不要紧,随之释放的巨量火山尘、有毒气体等,才是破坏环境的真凶。火山尘一经扬起,终年不散,令地球表面每年接受的阳光骤减、温度降低。结果就是,光合作用生物的数量大规模削减,以它们为生的植食性生物饿死,吃植食性生物的肉食性生物也跟着饿死。生态金字塔,就从根儿上轰然倒掉了。

今天,一些城市附近的火山喷发,也会给当地带来严重影响。图片:Andise o Estudio / flickr

虽然总有些能够耐寒的生物,但随着火山喷发的可不仅仅是火山灰,随着火山持续喷发,释放的二氧化碳也在逐渐富集。地球短期仿佛又要变成那个太古时期的巨型温室了。

于是就这样大冰期—大暖期—大冰期—大暖期地折腾,任凭谁也受不了呀。

水中的生物仿佛有最后的庇护所——海洋。水是一种热容很高的物质,对温度变化的反馈不明显,理论上就算你陆地已经乱成一锅粥了,海洋照样可以维持温度的平衡。

然而这还是生物们的一厢情愿罢了。火山喷出到空气中的二氧化硫、二氧化碳等都是易溶于水的物质,这些气体溶于水之后形成的东西,一种叫硫酸,一种叫碳酸。不消说也知道,当时的大洋是个什么情景了。

二叠纪—三叠纪灭绝事件,是地球史已知最大规模的生物灭绝事件,96% 的海洋生物和 70% 的陆生脊椎动物灭绝。图为海百合化石,海百合和星同属于棘皮动物。图片:Vassil / wikimedia

可最有意思的是,就算如此多灾多难,这个生生不息的生物圈,偏偏一步步熬了下来,并且孕育出了目前可知宇宙里唯一的智慧文明。这个文明的确拥有局部改变气象的能力,也的确拥有大规模破坏地球环境系统的潜力。从这个意义上来说,人人都是天气之子。

但地球毕竟是大家的,谁不想稳稳当当生活呢?所以,还是让对灾难环境的想象回归荧屏、回归历史吧。我们需要的,是生存本身。

图片:《天气之子》;Luke Thompson

本文是物种日历特约稿件,来自物种日历作者 @溯鹰。

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