科學(xué)世界

我們的星球——地球，一個(gè)偉大壯麗，變幻無窮的世界，充滿了大自然的奇跡。但這并不是地球最美妙之處，我們的星球在太陽系中獨(dú)一無二，甚至在宇宙中也絕無同類。

這里要向大家介紹大海的力量。只有親身來到這里，你才會完全體會到大海的浩瀚。地球四分之三被水覆蓋著，所以我們稱之為藍(lán)色的星球。水是地球區(qū)別于太陽系其他星球的一個(gè)特征。它遍布整個(gè)地球表面，改變了我們的世界。

海洋已經(jīng)存在約40億年了，它雕刻著海岸線，改變著氣候變化，控制著生命本身的命運(yùn)。

海浪不僅僅是帶泡沫的白色水體，也是理解大海偉大作用的關(guān)鍵。正是因?yàn)榇蠛Ｅc眾不同的能力，帶動(dòng)了星球上的能量。

即使最大的浪也來自遠(yuǎn)方，常常是一陣微風(fēng)引起的。首先不過是幾個(gè)漣漪，這些漣漪就像是風(fēng)帆捕捉著強(qiáng)大的風(fēng)力。慢慢地漣漪漸漸變大，變成了海洋深處的涌動(dòng)。

但是，這不是水在移動(dòng)，不過是能量。一個(gè)沖浪者站在板上，等待著捕捉海浪，奇怪的是:海浪向后推動(dòng)，沖浪者卻沒有跟著向后。海浪只是涌過來，拱起水面，沖浪者跟著上上下下，實(shí)際上海洋只是在傳送海浪的能量。這種能量運(yùn)動(dòng)非常高效。如果沒有陸地?fù)踝∪ヂ?，它可能永遠(yuǎn)進(jìn)行下去。浪尖一往無前，直到發(fā)生不可避免的現(xiàn)象，浪尖翻轉(zhuǎn)形成了碎浪。最大的浪拍打下來，力量可以達(dá)到4噸，拍打在你的胸膛上，如果周圍沒有水來吸收能量，那將是致命的（圖1）。

(1)有著巨大能量的海浪氣勢磅礴

海洋還會捕捉一種更巨大的能量源：制造潮汐的能量，來自我們在太空中最近的鄰居。隨著地球在月球下方旋轉(zhuǎn)，月球的重力吸引著海洋中的水。但是月球不總是獨(dú)自發(fā)揮作用。

這種現(xiàn)象可以在南美亞馬孫盆地的河流與大西洋交匯的地方看得很清楚。當(dāng)大西洋的大潮漲起，涌入漏斗狀不斷變淺的河口時(shí)，變成了強(qiáng)大的涌浪。涌浪逆流而上，時(shí)速達(dá)到40公里。它涌入內(nèi)陸幾十公里，撕扯著沿途的河岸。這種巨浪驅(qū)動(dòng)的水每分鐘有40萬立方米。那是尼亞加拉大瀑布流量的4倍。引力產(chǎn)生和釋放的能量到底有多大，由此可見。當(dāng)涌潮與海上的巨浪同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，產(chǎn)生的破壞是驚人的。高潮把巨浪拍向懸崖峭壁，驚天動(dòng)地。這就是刻畫了各大洲海岸線的力量。數(shù)十億年來，陸地和海洋的這種對抗，成就了今天的地球面貌。1200萬年前，海岸線與今日完全不同。雖然懸崖是一種非常堅(jiān)硬的巖石玄武巖形成的，但是這么多年，大海襲擊了每條脆弱的海岸線。只剩下最堅(jiān)硬的巖層，就是所謂的海蝕柱（圖2）。但它們也將被慢慢地磨掉。

(2)海浪將海岸懸崖最堅(jiān)硬的巖層磨成海蝕柱

在英格蘭的東海岸，懸崖已不過是松散的土壤，這是大海在僅僅3年里破壞掉的。

在過去的500年里，海岸已經(jīng)向后退了1公里。破壞海岸線，不過是大海偉大力量最顯著的表現(xiàn)。海洋對我們星球的影響，更多的是以微妙深?yuàn)W的方式進(jìn)行。它們改變著氣候，將氧氣輸送到大氣層。在海洋表面以下，是一片獨(dú)一無二的洋流體系，這對地球上所有生命的良性發(fā)展，起到關(guān)鍵作用。

45億年前，地球剛剛誕生，它不過是一個(gè)融化的地獄。沒有水存在，但是創(chuàng)造水的成分都存在，在地球形成的時(shí)候，它們被緊緊壓在了地球里面。第一次火山爆發(fā)的時(shí)候，第一股爆發(fā)出來的氣流中就有蒸氣。等到星球冷卻下來就形成了云，接著就發(fā)生了歷史上最為漫長的一次暴雨，下了好幾千年。第一片河流形成后，開始注滿我們年輕地球上比較低的區(qū)域，創(chuàng)造出第一片海洋。

但是據(jù)分析，即使是這次無窮無盡的傾盆大雨，也只不過造成了我們今天海洋的一半水，其他的水都是從外太空來的。

這是2005年拍攝的一顆彗星，直徑大概有6公里，和其他彗星一樣。它是由巖石和以冰的形式存在的水組成的。當(dāng)它撞進(jìn)地球表面的同時(shí)，超過2.5億升水，沖進(jìn)了太空（圖3）。

(3)當(dāng)慧星撞入地球表面時(shí)，將數(shù)億升水灑向太空

在地球形成的時(shí)代，它受到了成千上萬顆這樣的彗星撞擊。撞擊一旦完成，據(jù)分析它們會將一半的水，釋放到我們的海洋。

自從40億年前海洋開始形成，海洋中的水量差不多一直沒變。但是海洋本身不斷變化著，隨著大陸移動(dòng)了幾百萬年，新的海洋會出現(xiàn)，有的會消失。這些都發(fā)生在很長的時(shí)間跨度里。

在東非，今天我們能看到新海洋的誕生，一個(gè)漫長深邃的裂縫，位于埃塞俄比亞叫阿法爾洼地的地方，這里將是地球下一個(gè)海洋形成之地（圖4），2005年陸地突然被一次巨大的地震裂開了口子，附近也有類似的裂縫和斷層，在沙漠里連綿幾百公里。

(4)這樣的裂縫和斷層就是下一個(gè)海洋的形成地

這是一個(gè)被分裂的大陸，也許再經(jīng)歷幾百萬年，最終這些裂縫會遍布全大陸。地殼上的3個(gè)大板塊會分離。隨著時(shí)間的流逝，沙漠里的一個(gè)小裂縫，就會變成一個(gè)新的海洋。

總想控制直布羅陀海峽，這是人類短期的視野，因?yàn)槿绻憬y(tǒng)治了下面的海浪，就會控制地中海和廣闊的大西洋中間唯一的通道。

在地球漫長的歷史中，直布羅陀海峽扮演過許多不同的角色，因?yàn)榈刂泻缀鯖]有生物生長。太陽的炙烤導(dǎo)致地中海失水，因?yàn)檎舭l(fā)而流失的水，是它從河水和雨水中得到補(bǔ)給的3倍。雖然只有14公里寬，但是它能夠確保地中海獲得大西洋的補(bǔ)給。如果直布羅陀海峽關(guān)閉了，那么整個(gè)地中海就會干涸。這種事發(fā)生過。

百萬年前，歐洲大陸和非洲大陸相撞，關(guān)閉了直布羅陀海峽，地中海被隔絕，漸漸蒸發(fā)干涸。

一旦地中海與大西洋被隔離起來，海洋在2000年內(nèi)就會干涸，只需要兩個(gè)千年，就能將地中海那么大的海洋變成沙漠。

你可以在西西里島地下1公里處，發(fā)現(xiàn)這個(gè)震撼事件的影子。水從地中海消失的時(shí)候，剩下的就是鹽了。上百萬，上億噸。由于量太大，西西里西部的鹽礦，每年能挖出50萬噸鹽，據(jù)分析在未來100萬年里，它們?nèi)匀荒軌蚶^續(xù)保持這個(gè)產(chǎn)量（圖5）。和其他海洋一樣，地中海大部分的鹽都是從河水而來。

(5)海水消失后剩下大量的鹽

但經(jīng)過了幾百萬年的蒸發(fā)，消失的地中海留下的并不只有鹽。這是一個(gè)晶洞，這些巨大的白水晶，有一米多長（圖6）。海水從上面流下來，遇到了下方的熱水形成了這些水晶，在這個(gè)富含礦物質(zhì)的混合地帶，還長出了些像手指的硫酸鈣。

(6)海水結(jié)成的巨大水晶

地中海的海平面下降，露出了這片地質(zhì)精華。實(shí)際上這片海在過去的幾百萬年里，曾消失過很多次，不僅影響這片海洋的地質(zhì)，同時(shí)還導(dǎo)致了居住在這里的生物的進(jìn)化，海平面下降后大象會在原來的海床上閑逛。但是海平面一旦上漲，它們就必須到高地上避難，這片高地就成了西西里島。我們知道這一點(diǎn)，是因?yàn)樵谝粋€(gè)遙遠(yuǎn)的山洞里，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些大象的化石，但和如今地球上的任何大象都不一樣，將它的腿骨和現(xiàn)代的非洲大象相比，你會發(fā)現(xiàn)，這頭西西里大象僅有山羊那么大（圖7）。在幾千年的時(shí)間里，大象進(jìn)化成了小的動(dòng)物。

(7)圖組:（7－1）西西里大象的腿骨（左）和現(xiàn)代非洲大象腿骨比較示意圖

（7－2）復(fù)原的西西里象如同山羊那么大

鹽礦，水晶洞，還有矮象，這些都是大海在面臨滅絕的時(shí)候所造成的出乎意料的結(jié)果。

但是海洋并不僅僅是蓄水池。隨著大陸移動(dòng)要么灌滿水，要么干涸。它們對于地球來說，對于生命本身的存在來說都很關(guān)鍵。因?yàn)楹Ｑ蟮紫掠幸蝗荷?，它們被稱作是浮游植物。浮游植物比針尖還小，但它們是地球上最重要的一種生命形式。我們從太空中看。不列顛諸島旁一大片的海域，被無數(shù)的單個(gè)浮游植物染成了綠色。這種現(xiàn)象被稱作水華區(qū)（圖8）。

(8)被浮游植物染成綠色的海域被稱作水華區(qū)

這些水華區(qū)出現(xiàn)在世界各個(gè)海洋里。浮游植物數(shù)量巨大，這些小的有機(jī)體，不但是海洋生物營養(yǎng)的主要來源，它們還幫助地球上的動(dòng)物呼吸，浮游植物能夠做到這點(diǎn)，是因?yàn)樗鼈兛梢赃M(jìn)行光合作用。它們將二氧化碳和陽光變成能量來維持生命，同時(shí)釋放非常重要的副產(chǎn)品——氧氣。

它們制造的氧氣充滿了海洋和大氣層。氧氣對于所有動(dòng)物來說都很重要。在大海里，浮游植物制造出了地球上一半的氧氣，大概相當(dāng)于世界上森林和叢林加起來的數(shù)量。

但是制造氧氣只是剛剛開始，海洋對于地球所有生物的巨大影響在于它具有最偉大的力量——巨大的洋流。洋流將地球上所有的海洋都連接起來。洋流對于地球上的生命來說至關(guān)重要，它們帶來滋養(yǎng)生命的養(yǎng)分和氧氣，帶來改變氣候的熱量。

同時(shí)，海洋是巨大的蓄熱池，熱量都來自太陽。利用熱感攝像機(jī)可以揭示海洋的溫度，讓你看到熱量如何分布：海洋的熱量不都存在于赤道上。海洋洋流網(wǎng)絡(luò)會將熱量分布到地球各處，有一股洋流對于英國非常重要，它帶來加勒比海的暖水，將之帶到不列顛諸島，它就是灣流。跟著灣流運(yùn)動(dòng)的空氣，從大海上獲得了熱量和溫度，這些島是第一個(gè)充滿溫暖濕潤空氣的地方。熱帶的植物和異域的動(dòng)物在島上都可以生存。

熱敏攝像機(jī)顯示出英國南部水域發(fā)著溫暖的橘紅色的光。但是在大西洋同樣緯度的地方，綠色和藍(lán)色說明加拿大周圍是冰冷的水域。

大氣和海洋，共同作用改變著氣候。說到傳送地球的熱量，海洋洋流才是最大的動(dòng)力，這意味著如果海洋洋流發(fā)生變化，將對世界天氣造成巨大影響。

在太平洋，每過幾年就有一股溫暖的洋流，從西向東流?？梢钥吹郊t色和白色區(qū)域（圖9）。這就是臭名昭著的厄爾尼諾現(xiàn)象。它是造成全球氣候變化的罪魁禍?zhǔn)祝l都不知道為什么會發(fā)生這些，它給南美洲帶來傾盆大雨，淹沒曾經(jīng)干涸的沙漠；而在太平洋另一邊，在澳大利亞和印度尼西亞，卻是完全相反，那里缺少濕氣，遭遇嚴(yán)重干旱。

(9)熱敏攝像圖顯示的紅色白色區(qū)域就是臭名昭著的厄爾尼諾

僅僅改變著一個(gè)洋流，地球氣候就要遭遇幾個(gè)月的無序。為了全面了解，你需要潛入海洋深處。

最近科學(xué)家才得以探索這個(gè)奇特陌生的世界。他們發(fā)現(xiàn)了在海洋深處的另一個(gè)洋流系統(tǒng)，它被稱為是大洋輸送帶，是地球上最大的能量之一（圖10）。它和表面溫暖的洋流聯(lián)合起來，共同形成了一個(gè)巨大的系統(tǒng)。

(10)海洋深處的大洋輸送帶（示意圖）

表面流動(dòng)的溫暖洋流和海洋底部較冷的洋流組成的輸送帶連接了整個(gè)地球。它將氧氣，養(yǎng)分和熱量運(yùn)輸?shù)绞澜绺鞯?。寒冷的北邊海洋表面水體下沉，與深海洋流混合，最后沉入海底。就是這些下沉的水維持著整個(gè)輸送帶，在全世界流動(dòng)，它向東流，深入海床，直到在熱帶溫度增加后，它又上升完成循環(huán)。如若沒有南北兩極冷水下沉，大洋輸送帶就會崩潰。如果真是那樣，海洋就不再有足夠的氧氣和養(yǎng)分，就變成停滯無生命的死水。大洋輸送帶大約需要一千年的時(shí)間才能繞地球走一圈。一路上傳輸大量熱量，食物，氧氣，控制著整個(gè)星球的良性運(yùn)轉(zhuǎn)。如果它出錯(cuò)了，地球上的生命將會遭遇嚴(yán)重后果。它曾經(jīng)發(fā)生過，導(dǎo)致了地球上幾乎所有生命體的死亡。這次災(zāi)難發(fā)生在2.5億年前，是恐龍出現(xiàn)在地球之前的年代。

隨著地球溫度不斷升高，海洋溫度也升高。兩極的冷水無法再下沉，大洋輸送帶這個(gè)關(guān)鍵聯(lián)系被打破了。當(dāng)海洋洋流停止運(yùn)動(dòng)，海洋就變成了墳?zāi)埂?/p>

位于意大利和奧地利北部邊境的多洛米蒂山區(qū)。2.5億年前，這片地區(qū)還在海底，這里有一層薄薄的黑色巖石。是由幾十億海洋生物的尸體堆積而成的（圖11）。這種巖石只在洋流停滯的情況下才能形成。這說明，海洋傳送帶的崩潰導(dǎo)致了海洋生物的滅頂之災(zāi)。

(11)當(dāng)年在海底的這層黑色巖石是由幾十億海洋生物的尸體堆積而成的

但是事情還沒完。板塊運(yùn)動(dòng)造成海床升高形成了山巒。奇怪的是，接下來陸地上的生物居然步了海洋生物的后塵。這個(gè)時(shí)期在地質(zhì)史上叫作二疊紀(jì)生物大滅絕。海洋中缺氧怎么會導(dǎo)致陸地生物的滅絕呢？答案似乎隱藏在深深的海底。這里是紐約州的綠湖?？茖W(xué)家認(rèn)為，這里的湖水隱藏著二疊紀(jì)生物大滅絕的線索。在水下20米這個(gè)深度，水從富氧變成了無氧。當(dāng)氧氣的含量降低，你會發(fā)現(xiàn)一個(gè)沒有任何生命存活的死氣沉沉的世界。水停滯的時(shí)候就漸漸產(chǎn)生毒性很高的二硫化氫氣體。你看到水變成了粉色（圖12），這說明水中毒性很高。

(12)毒性很高的二硫化氫讓湖水變成美麗的粉紅色

在這個(gè)湖中，二硫化氫被困在了湖底，但是在2.5億年前，這些富含硫的水質(zhì)上升到水表面，進(jìn)入到大氣層，從而使毀壞從海洋一直延伸到陸地。隨著二硫化氫浮出海洋，幾乎所有與之接觸的動(dòng)植物都會死亡，大洋輸送帶失靈導(dǎo)致地球上90%以上的生命消失。

大洋輸送帶失靈導(dǎo)致的后果提醒了我們，地球上的生命有多么依賴于健康的海洋。

今天，海洋面臨著新的威脅。

我們現(xiàn)在往大氣層里輸送了大量的二氧化碳。這會提高陸地上的溫度，導(dǎo)致氣候變化，也會影響到海洋。

位于南太平洋的帕勞小群島能夠讓我們看到即將會發(fā)生的景象，這里的海洋生物對海水的微弱變化非常敏感?？梢钥纯炊趸己刻岣邔Ｑ蟮挠绊?。

海洋變化能讓一個(gè)動(dòng)物種群受到巨大威脅。

金色水母生活在大面積的鹽水湖中（圖13），這片湖水差不多和海水是隔絕的。水母對水溫的變化非常敏感。

1998年 ，該地區(qū)海洋溫度升高了將近2℃，聽起來不算過，但是對于這些水母來說就是災(zāi)難，據(jù)估計(jì)有2000萬只死亡。只是2℃，就可以讓整個(gè)物種消失。

(13)圖組:（13－1）金色水母（13－2）湖中有成千上萬的水母

幸運(yùn)的是，這只是由于當(dāng)?shù)販囟劝l(fā)生短暫變化造成的。一旦海水降溫水母就會恢復(fù)。但這是個(gè)殘酷的警告：如果世界的海洋因?yàn)闅夂蜃兓^續(xù)變暖，后果將會是什么？

地球的海洋很容易遭受另一個(gè)與二氧化碳有關(guān)的威脅，可能要比溫度升高更嚴(yán)重，那就是海洋酸化。

當(dāng)大氣中的二氧化碳溶解到海洋，就會發(fā)生這種情況。過去，二氧化碳的含量變化很慢，所以海洋有時(shí)間適應(yīng)酸度的增長。

可今天人類往大氣層輸入的二氧化碳太多了，海洋已經(jīng)跟不上了。它們的酸化速度超過了過去幾百萬年。

第一個(gè)受難的生物，就是組成巨大暗礁的珊瑚（圖14），水酸性太大，它們就無法形成骨骼。如果海洋以目前的速度酸性化，珊瑚將最終從海洋中消失，其他依靠珊瑚存活的生物也會消失。

(14)多姿多彩的珊瑚叢

但是海洋酸性化可能引起比珊瑚死亡更大的影響。珊瑚死亡只是一個(gè)開始，浮游植物也會受到海洋酸性化的侵害。從長期來看，這會威脅到地球主要供氧源，威脅著地球生命支撐系統(tǒng)的整個(gè)平衡。地球的健康和海洋的狀況密切相關(guān)，這些改變都可能給我們的世界帶來不可預(yù)料的后果。

如果海洋酸性化繼續(xù)，我們只知道，海洋是地球生命的支撐。地球上每個(gè)生物的生存，都要依靠海洋保持健康。如果海洋的歷史給我們留下了什么啟示，那就是海洋如果被逼上絕路，受難的將是地球上的生命。