科學(xué)世界

四種偉大的能量——火山、大氣層、冰川和海洋聯(lián)合起來(lái)塑造了我們這個(gè)偉大的星球（圖１）。不可思議地將我們的地球變成一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的星球，并為生命創(chuàng)造了完美的生存條件。這些力量塑造了這個(gè)星球，并一直在保護(hù)著它,然而有的時(shí)候也會(huì)給它帶來(lái)災(zāi)難。地球從光禿禿的巖石變成我們今天熟悉的世界，一共花費(fèi)了45億年，那是充滿了災(zāi)難和重生的不可思議的旅程。這個(gè)稀少又壯麗的星球一直面臨著巨大的挑戰(zhàn)，包括來(lái)自我們?nèi)祟惖?。在各種力量的作用下，地球會(huì)幸存下去嗎?

（１）圖組:火山（左上一）、冰川（上中）、海洋（右上一）、大氣層（下）

撞 擊

自從人類可以靠近天穹，我們就一直在太空里尋找像自己一樣的智慧生物。無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡就是這種探索的一部分，這些望遠(yuǎn)鏡可以看到太空深處。可到目前為止我們什么都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。也許我們尋找得還不夠久，也許是找錯(cuò)了地方。但是還有一種可能，那就是其它星球上根本就不存在生物。

要相信我們是唯一的生命很難。畢竟在我們的銀河系就有幾十億個(gè)星球，而宇宙中還有幾十億個(gè)銀河系（圖２）。你會(huì)覺(jué)得太空里也許還有其它的地球，就像我們的一樣，能夠支撐我們這樣的生命，只是還沒(méi)有找到。但是現(xiàn)在有種新的理論：像我們這樣的星球可能很稀少。這就是稀有地球理論。這種理論認(rèn)為，像細(xì)菌一樣的簡(jiǎn)單生命在宇宙中可能隨處可見(jiàn)。但是復(fù)雜生命，像植物和動(dòng)物，如果要進(jìn)化，則需要一系列特定事件發(fā)生。

（２）迷人的銀河星系

地球到底有多么不同尋常？讓我們回到地球歷史上最重要的一天。正是在這一天，一個(gè)偶然事件的發(fā)生，讓地球變得如此特別。剛剛形成幾百萬(wàn)年的地球，據(jù)分析，那時(shí)候還有個(gè)孿生星球叫西亞。這兩個(gè)星球誕生在類似的軌道位置，結(jié)果它們之間發(fā)生了一次災(zāi)難性的撞擊。地球留了下來(lái)，西亞被毀滅了，留下了一圈殘骸繞著地球旋轉(zhuǎn)，這是創(chuàng)造復(fù)雜生命存活條件重要的第一步。在這次撞擊中，地球不僅僅幸存下來(lái)，它還吸收了其孿生星球的一部分，成為更大的星球。這樣做的一個(gè)結(jié)果是增加了地球的引力。沒(méi)有這個(gè)，地球的大氣層可能會(huì)漸漸泄漏到太空中。

幾十億年之前，火星的大氣層和地球的類似，它也有云、雨以及河流，但是火星比地球小。弱引力逐漸造成大氣層泄漏，今天，它已經(jīng)成了死亡之星。

地球因?yàn)槲樟似鋵\生星球的一部分，引力足夠大，可以抓住自己的大氣層。而就是這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的大氣層幫助地球如此特別：它讓地球保持溫暖；它還改變氣候，并給我們提供呼吸所需要的氧氣。大氣層還給了我們另一種對(duì)于地球上的生命很重要的東西：那就是對(duì)地球的保護(hù)。

隕 石

在美國(guó)亞利桑那州，有一個(gè)地方會(huì)告訴你，為什么我們的地球需要大氣層的保護(hù)。這是個(gè)巨大的隕石坑，5萬(wàn)年前隕石與地球地殼相撞形成的（圖３）。這個(gè)坑的直徑超過(guò)1公里，差不多有200米深。這里受到的沖擊力難以想象。經(jīng)常被這樣的隕星攻擊會(huì)是毀滅性的。這個(gè)地方讓你明白小行星的破壞力有多大。

（３）圖組:(左）從高空拍攝的隕石坑（右）巨大的隕石坑給人以聯(lián)想

但是這個(gè)巨大的坑之所以意義深刻，不是因?yàn)樗拇?而是因?yàn)樗浅Ｉ僖?jiàn)。我們也許想象不到，太空其實(shí)是個(gè)很危險(xiǎn)的地方，就像是射擊場(chǎng)，幾百萬(wàn)個(gè)物體以每小時(shí)幾千公里的速度朝著地球呼嘯而來(lái)。多么的危險(xiǎn)！照理說(shuō)地球會(huì)經(jīng)常被撞擊到，地球上確實(shí)還有隕石坑，但是并不多，而且它們相距很遠(yuǎn)。有些時(shí)候需要最新的繪圖技術(shù)才能揭示一個(gè)隕石坑的存在。但即使是用最精密的設(shè)備，在整個(gè)地球上找到的隕石坑也不超過(guò)200個(gè)，部分原因是因?yàn)楦g現(xiàn)象不斷抹去了過(guò)去沖擊的證據(jù)，而更重要的是因?yàn)榇髿鈱影l(fā)揮了保護(hù)作用。

為了理解大氣是如何保護(hù)我們不受流星侵害的，我們需要尋找一個(gè)成功掉到地球上來(lái)的隕石。但隕石很稀少，需要費(fèi)很大的勁去尋找。澳大利亞西部的納拉伯平原很廣闊，是尋找隕石的理想場(chǎng)所。幾百萬(wàn)年來(lái)這里沒(méi)有發(fā)生過(guò)改變，這樣小隕石可以不受打擾地聚集。這里沒(méi)有什么植物，深色的小隕石一眼就看得到。

終于，發(fā)現(xiàn)了一塊小隕石。它很重，也比一般的石頭顏色深，它的表面很光滑。

這塊隕石非常小，這是它原來(lái)的模樣嗎？

這塊隕石在大氣層外面的時(shí)候可能有洗衣機(jī)甚至小汽車那么大，當(dāng)它高速進(jìn)入大氣層后，表面就被融化并剝離，新的表層露出來(lái)；然后再融化并再次剝離，最后只剩下這么大。

如果不是大氣層在一直保護(hù)著這個(gè)星球不受外來(lái)物體的撞擊，地球上的生命早就被撞得灰飛煙滅了。從這個(gè)隕石我們就能看出大氣層是如何有效地保護(hù)著我們的。而那些一閃而過(guò)的流星雨，就是大氣層保護(hù)我們的現(xiàn)場(chǎng)展示。

磁 場(chǎng)

地球早期和自己孿生星球的撞擊在其它方面也造成了很重要的影響。初始，地核變大。因?yàn)樗怯设F組成的，巨大的金屬地核就產(chǎn)生了巨大的磁場(chǎng)。地球磁場(chǎng)可以將來(lái)自太陽(yáng)的危險(xiǎn)——太陽(yáng)風(fēng)扭曲（圖４）。巨大的融化內(nèi)核對(duì)地球生命還起到其它作用:它是調(diào)節(jié)地球溫度的一種方式，是一個(gè)很了不起的系統(tǒng)。巖石被熾熱的地核加熱而融化，上升到地球表面并向兩邊蔓延，地殼漸漸地被分離開(kāi)。這種運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了板塊漂移，從而導(dǎo)致地球表面永不停歇地變化。這對(duì)于生命很關(guān)鍵。地核不僅僅塑造了地球表面板塊運(yùn)動(dòng)，它所造成巨大的火山噴發(fā)，向大氣層釋放出二氧化碳。如今，我們覺(jué)得二氧化碳是導(dǎo)致全球變暖的危險(xiǎn)的溫室氣體，但是在地球漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，二氧化碳發(fā)揮著重要作用，它讓我們的星球維持一個(gè)適宜的溫度，適合復(fù)雜生命存活。

（４）天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)風(fēng)的源頭

地球和它的孿生星球的碰撞最后還留給我們一個(gè)特別的禮物：爆炸后的殘骸圍繞著地球旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始彼此結(jié)合，形成了一個(gè)新的星球。這就是月球（圖５）。它是地平線上一道美麗的風(fēng)景。雖然它實(shí)際只是一個(gè)沒(méi)有大氣、水和生命的星球，但是沒(méi)有它，就不會(huì)有我們的存在。月球形成的方式讓它離我們很近，所以它對(duì)地球的進(jìn)化產(chǎn)生了不同尋常的作用。月球繞著地球旋轉(zhuǎn)，它的引力讓海洋形成潮汐。發(fā)生潮汐的地點(diǎn)不斷變化，又為地球早期生物提供了進(jìn)化試驗(yàn)場(chǎng)地。但是潮汐并不是月球給予地球生命的最大貢獻(xiàn)。更重要的是，多虧了月球，地球才有穩(wěn)定的氣候和變換的四季。月球的萬(wàn)有引力防止了地球在太空中搖晃，那樣會(huì)導(dǎo)致極大的氣候問(wèn)題。沒(méi)有月球，地球溫度會(huì)經(jīng)常在超高溫和超低溫之間轉(zhuǎn)換。這樣瘋狂的氣候變化會(huì)使得地球無(wú)法居住。但是月球有一個(gè)奇怪的行為：科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，月球正在以每年約4厘米的速度遠(yuǎn)離我們。這意味著我們必須要懂得珍惜它。月球不會(huì)永遠(yuǎn)和我們?cè)谝黄?，最后它?huì)漂流到太空，地球也就會(huì)失去現(xiàn)在的穩(wěn)定氣候。但是現(xiàn)在沒(méi)有必要恐慌，這個(gè)過(guò)程將花費(fèi)十幾億年。

（５）沒(méi)有生命的月球

幸 運(yùn)

地球和它的孿生星球撞擊也許是地球歷史上最關(guān)鍵的時(shí)刻,它使得地球留住了保護(hù)自己的大氣層；它給了地球一個(gè)磁場(chǎng)來(lái)抵抗危險(xiǎn)的太陽(yáng)風(fēng)；還留下了一個(gè)月球來(lái)確保氣候的穩(wěn)定。如果沒(méi)有這次撞擊，地球永遠(yuǎn)不會(huì)成為復(fù)雜生命的家園。

我們看到，地球命運(yùn)的一次意外帶給我們多么不尋常的結(jié)果！但是還有一個(gè)因素也很重要：它的位置。只要思考一下地球在太陽(yáng)系中的位置，你才會(huì)真的意識(shí)到我們有多么幸運(yùn)。如果地球離太陽(yáng)太遠(yuǎn)，像火星（圖６），那就會(huì)太冷，不適宜生命生長(zhǎng)。地球很幸運(yùn)地占據(jù)了太陽(yáng)系中唯一的好位置:這里的溫度適合水的存在，而水又是生命存在的最關(guān)鍵因素。如果離太陽(yáng)太近，像金星，那就太熱了，水份都會(huì)被蒸發(fā)掉，生命無(wú)法存活。太陽(yáng)系中可以支持復(fù)雜生命生長(zhǎng)的綠色區(qū)域中，地球是唯一的星球。重要的還不只是地球和太陽(yáng)的位置。我們很幸運(yùn)，還在于地球圍繞著正確的恒星——太陽(yáng)在旋轉(zhuǎn)。

（６）寒冷的火星

太陽(yáng)的表面每1秒鐘就有400萬(wàn)噸物質(zhì)被轉(zhuǎn)換成能量，它已經(jīng)這樣燃燒了50億年了。正因?yàn)檫@樣長(zhǎng)的時(shí)間，才讓太陽(yáng)對(duì)于我們是最適合的。有些恒星或許更大，但那是有代價(jià)的。恒星越大燃燒得越快，會(huì)很快燃盡消亡。復(fù)雜生命在地球上進(jìn)化需要幾十億年，太陽(yáng)的長(zhǎng)壽命才使得復(fù)雜生命的產(chǎn)生成為可能。

地球上的生命還有最后一個(gè)幸運(yùn)處:木星（圖７）。在太陽(yáng)系其它星球中，木星是目前對(duì)于地球來(lái)說(shuō)最重要的，原因就是它巨大的體積。木星比地球大300多倍，具有巨大的萬(wàn)有引力，它會(huì)吸引危險(xiǎn)的飛行星體，否則那些危險(xiǎn)物就會(huì)飛向地球。科學(xué)家在1994年7月甚至親眼見(jiàn)到，一顆慧星被木星巨大的引力捕捉到而撞到木星上，碎成了許多片。有些爆炸物甚至和地球一樣大。木星真是地球的保護(hù)神。沒(méi)有木星，地球可能會(huì)每隔一萬(wàn)年就受到一次這樣的沖擊。在這樣的爆炸下,很難想象復(fù)雜生命可以延續(xù)。

（７）地球的保護(hù)神

——木星

在巨大的宇宙中，為什么我們的星球如此稀有？任何星球要產(chǎn)生復(fù)雜生命，都需要液態(tài)水，而且讓太陽(yáng)不能很快蒸發(fā)它；它還要有個(gè)巨大的鄰居保護(hù)它不受隕石侵襲。地球擁有一切必須的條件。

災(zāi) 難

雖然地球處在太空中最恰當(dāng)?shù)奈恢?。不幸的是，地球上同樣也?huì)有災(zāi)難。這對(duì)人類來(lái)說(shuō)，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

在墨西哥的一個(gè)森林里，不管你走到哪里都能發(fā)現(xiàn)一種坑，它們被稱作沼穴，有幾千個(gè)。大部分都還沒(méi)有被探索。

這些洞穴很神奇，它更是證明地球歷史上一次巨大災(zāi)難的證據(jù)。

為了了解這兒到底發(fā)生過(guò)什么，需要潛到洞穴底下去，這樣做無(wú)疑是非常危險(xiǎn)的。進(jìn)入沼穴深處就像進(jìn)入一個(gè)新的世界。潛水到這種洞里的人比登上月球的人還少。經(jīng)過(guò)多次的探索，人們發(fā)現(xiàn)沼穴其實(shí)是由一片巨大的隧道和山洞組成的，沼穴遍布幾百公里。繪成圖后，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們?cè)谏种g形成了一個(gè)明顯的半圓形?？茖W(xué)儀器顯示下面巖石的結(jié)構(gòu)被扭曲了，讓人看到了一個(gè)巨大隕石撞擊形成的坑的邊緣。這些不可思議的沼坑背后是個(gè)更令人震驚的故事:6500萬(wàn)年前，這里發(fā)生了地球歷史上最具毀滅性的撞擊，一個(gè)被稱作“希克蘇魯伯”的隕星墜落到了這里（圖８）。隕星直徑15公里，它的爆炸力相當(dāng)于100萬(wàn)億噸炸藥爆炸，足夠?qū)е抡麄€(gè)地球的毀滅。更有人認(rèn)為正是這次撞擊導(dǎo)致了恐龍的滅絕。

（８）科學(xué)家用這張圖描繪了“希克蘇魯伯”留下的痕跡

這次爆炸導(dǎo)致巨量的巖石蒸發(fā)進(jìn)入了外太空，地殼上產(chǎn)生了30公里深的隕石坑。幾百萬(wàn)年后，在這些脆弱的巖石邊緣形成了這些沼穴。這次爆炸本來(lái)已經(jīng)很可怕了。后來(lái)發(fā)生的事情更是讓這次爆炸變成一個(gè)全球性的災(zāi)難。

爆炸后飛起的巖石又落回了地球，融化的巖石將大氣的溫度升高了幾百度。地球被火海淹沒(méi)，大氣層里充滿了煙塵和殘?jiān)?，恐龍和大部分物種都滅絕了。

幸運(yùn)的是，地下還有幸存者。又過(guò)了幾百萬(wàn)年，地球最終回到了正常狀態(tài)?？铸埐灰?jiàn)了，?？颂K魯伯隕星撞擊對(duì)于當(dāng)時(shí)存在的生物來(lái)說(shuō)是個(gè)災(zāi)難，但卻激起了復(fù)雜生命的進(jìn)化，為新物種:哺乳動(dòng)物包括人類的產(chǎn)生掃清了道路。從這個(gè)角度看，這不是什么壞事。對(duì)人類來(lái)說(shuō)實(shí)際上是因禍得福。

只是，這次隕星撞擊并不是唯一一次促進(jìn)了進(jìn)化的災(zāi)難，這樣的事件在之前也發(fā)生過(guò)。在意大利多洛邁茨山脈，我們可以看到恐龍是如何從前一次災(zāi)難中因禍得福的。一層黑色的巖石標(biāo)志著90%的生命都消失在這個(gè)時(shí)代，這次災(zāi)難被認(rèn)為是由于地球洋流系統(tǒng)失衡造成的。在此之后，恐龍接管了地球。

在澳大利亞我們也看到了一次早期的災(zāi)難，一次巨大的冰山運(yùn)動(dòng)結(jié)束了疊層石時(shí)代，讓許多細(xì)菌死了，卻為復(fù)雜生命的出現(xiàn)初步掃清了道路。

地球被賦于了適宜的穩(wěn)定，它偶爾也會(huì)有災(zāi)難。但如果災(zāi)難太頻繁，生命也就沒(méi)有機(jī)會(huì)產(chǎn)生。

挑 戰(zhàn)

地球從貧瘠的巖石變成我們今天看到的這個(gè)世界花費(fèi)了45億年，現(xiàn)在地球也許面臨著最大的挑戰(zhàn)，有一股新的力量在威脅著這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的星球。這股力量一直在聚集著，已形成了幾千年。這就是我們?nèi)祟悺?/p>

從太空中看地球，一到晚上，璀璨的燈光便顯示出我們統(tǒng)治著地球。通過(guò)燃燒化石燃料，例如煤和天然氣，我們改變了大氣層的組成，結(jié)果造成地球溫度越來(lái)越高。人類現(xiàn)在帶給地球的巖石和土壤比任何自然過(guò)程加起來(lái)的還要多。實(shí)際上，我們對(duì)地球的影響非常巨大，科學(xué)家們宣布一個(gè)新的地質(zhì)時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始了，叫作人類世，也就是人類時(shí)代。問(wèn)題是，我們自己是否清楚我們的行為對(duì)地球的威脅到底有多大？

我們對(duì)森林了解越多，就越會(huì)發(fā)現(xiàn)它們對(duì)整個(gè)星球都起著至關(guān)重要的作用。森林是個(gè)很美妙的地方，你可以感受到大樹(shù)如何成為緊密網(wǎng)絡(luò)中的一部分，其它的動(dòng)植物如何依靠它們。在整個(gè)地球上，樹(shù)木對(duì)生命的存活都很重要。這是因?yàn)樯衷谙諝庵卸趸挤矫姘l(fā)揮著重要作用，隨著樹(shù)木的生長(zhǎng)，它們會(huì)通過(guò)樹(shù)葉從大氣層中吸收大量的二氧化碳。最了不起的就是，二氧化碳在大氣層中的濃度在提高，大樹(shù)也會(huì)通過(guò)更快生長(zhǎng)的方式來(lái)吸收更多的二氧化碳。它們就像是地球的肺（圖９）。

（９）請(qǐng)一同保護(hù)我們美麗的綠色家園

實(shí)際上，自從人類開(kāi)始向大氣層中輸送溫室氣體以來(lái)，世界各地的森林已經(jīng)吸收了我們制造出的25%的二氧化碳，幫助緩解了全球變暖的現(xiàn)象，健康森林在調(diào)節(jié)地球氣候方面發(fā)揮了重要的作用。但是，在人類的破壞下，這種自然美還能保持多久呢？

現(xiàn)在，世界上的原始森林只剩下大約五分之一。

當(dāng)然，對(duì)森林的破壞并不是某一個(gè)國(guó)家面臨的問(wèn)題。在玻利維亞，熱帶雨林曾經(jīng)有5萬(wàn)平方公里，僅僅20年，它已經(jīng)變成了田地和城鎮(zhèn)。每年世界上有大片的森林被破壞。我們的行為不但在增長(zhǎng)大氣層中的溫室氣體，同時(shí)還在降低地球處理這個(gè)問(wèn)題的能力，而這只不過(guò)是人類如何破壞這個(gè)幾百萬(wàn)年形成的系統(tǒng)的一個(gè)例子。

人類的破壞引發(fā)了很多改變：溫度上升，冰川和冰山在減小，結(jié)果使海平面升高威脅到很多城市。

海洋里不斷提高的二氧化碳量造成海水酸性化，最終，破壞了珊瑚礁以及它們支撐的食物鏈。

在西伯利亞，永久凍結(jié)帶開(kāi)始融化，釋放了更多的溫室氣體。

人類文明對(duì)我們的地球確實(shí)產(chǎn)生了深刻的影響，幾乎沒(méi)有哪個(gè)地方?jīng)]有人類的足跡。但是未來(lái)怎么辦？人類對(duì)地球的挑戰(zhàn)比我們想象的更大。

在墨西哥的尤卡坦半島，森林連綿數(shù)百公里，在森林中掩藏著的毀塌的烏斯馬爾金字塔，是一千多年前瑪雅人建造的一個(gè)遺失的文明（圖10）。

（10）電腦復(fù)原圖中的烏斯馬爾金字塔是那么壯觀

關(guān)于瑪雅文明的消失有很多理論，有說(shuō)是因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)，有說(shuō)是因?yàn)楦珊?，但有一件事是確定的：沒(méi)有哪個(gè)文明會(huì)永遠(yuǎn)存在。瑪雅文化1000多年的起起伏伏似乎不可思議，但是和地球的一生相比這不算什么。這個(gè)地區(qū)并不是一直都是森林，有時(shí)候它在海底，有時(shí)候被冰雪覆蓋。

6500萬(wàn)年前這里就是?？颂K魯伯墜落的地方，但它也沒(méi)有留下太多的痕跡，地球和生命會(huì)復(fù)原，有時(shí)候甚至?xí)木薮蟮臑?zāi)難中因禍得福。這種抵抗災(zāi)難的能力也讓我們的地球顯得很特別。

我們的地球真的很堅(jiān)強(qiáng)，它甚至可以應(yīng)付我們對(duì)它所做的一切：我們破壞森林，但是森林在幾千年內(nèi)又會(huì)成長(zhǎng)起來(lái)；

我們可以燃燒掉地球的化石燃料，讓大氣層充滿二氧化碳，即使是那樣，地球也只需要100萬(wàn)年左右便可恢復(fù)大氣層；

甚至因?yàn)槲覀兌鴾缃^的動(dòng)物最終也會(huì)被代替，隨著進(jìn)化的不斷進(jìn)行，地球會(huì)創(chuàng)造出更加多樣化的生物。

但這些并不意味著我們強(qiáng)加給地球的變化不要緊，也不意味著地球會(huì)沒(méi)事。如果繼續(xù)任由人類破壞我們賴以生存的環(huán)境，我們最終將會(huì)給自己帶來(lái)災(zāi)難。