地球氣候變臉記

姜湛

我們知道，地球已有46億歲了，而人類不過是個250萬歲的“幼童”。在人類還沒出現(xiàn)的日子里，地球曾經(jīng)歷過哪些風(fēng)雨呢？

全球空氣大換血

距今27億年前，當(dāng)時的地球還是一個“血?dú)夥絼偂钡那嗄辏饣鸨鹕絿姲l(fā)、地震頻繁以及不時的“火并”事件（隕石撞擊）讓他顯得“生人勿進(jìn)”。此時的大氣組成也與其他星球沒有什么區(qū)別，以水、二氧化碳、氮?dú)狻⒓淄榈葹橹鳎耆珱]有氧氣，所以也只存在寥寥無幾的地球生命，幾乎都是厭氧的原核生物。

但不久后，一種生物的出現(xiàn)改變了這種狀況，地球大氣的成分出現(xiàn)了變化，氧氣含量開始增加。在此后大約3億年的時間里，氧氣含量從約0.02%增加到了約1%～2%。從此，地球開始變得獨(dú)一無二：各種各樣的動物和植物開始出現(xiàn)，變成了生命的樂園。

這種改變世界的生物就是藍(lán)藻。

當(dāng)時的地球上，陽光、水和占當(dāng)時空氣大部分比例的二氧化碳等光合作用所需的原料可謂取之不盡、用之不竭，因此，第一種可以進(jìn)行光合作用的生物——藍(lán)藻得以大展身手。不過，這個改變世界的過程并不順利，在光合作用出現(xiàn)后的很長一段時間里，大氣中都沒有什么氧氣。因?yàn)椋藕Ｑ笾羞€存在著一種藍(lán)藻的競爭對手，那就是產(chǎn)甲烷菌。產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行呼吸作用，不斷制造甲烷，甲烷遇到藍(lán)藻產(chǎn)生的氧氣，就會反應(yīng)生成二氧化碳，氧氣根本沒有機(jī)會離開海洋進(jìn)入大氣。即使有少部分的氧氣逃離了海洋，也很快被巖石中的鐵和大氣中的氫等元素吸收了，并沒有發(fā)揮大作用。

即使一直處于下風(fēng)，藍(lán)藻也沒有放棄與產(chǎn)甲烷菌的競爭，3億年后，命運(yùn)的天平終于開始向藍(lán)藻傾斜。隨著時間的推移，地球的“脾氣”慢慢變得溫和了，地殼運(yùn)動趨于平緩，火山活動減少，在火山爆發(fā)過程中大量釋放的鎳元素也開始減少。鎳元素是產(chǎn)甲烷菌生存的必要元素，一旦鎳元素不足，產(chǎn)甲烷菌就會因代謝失衡而死去，因此產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量開始大幅下降。產(chǎn)甲烷菌數(shù)量的減少給了藍(lán)藻發(fā)展壯大的機(jī)會，甲烷產(chǎn)量減少也使得與之反應(yīng)的氧氣數(shù)量減少，越來越多的氧氣能逸出海洋進(jìn)入大氣了。

甲烷的減少還使得地球的溫室效應(yīng)進(jìn)一步減弱了，溫度下降，大雨頻頻。巖石表面的鐵氧化物和磷氧化物被雨水沖刷進(jìn)入了海洋，海水的富營養(yǎng)化進(jìn)一步促進(jìn)了藍(lán)藻的繁衍和生長，藍(lán)藻的數(shù)量第一次全面壓制了產(chǎn)甲烷菌，至此，地球大氣中的氧氣越來越多。

當(dāng)然，打敗了產(chǎn)甲烷菌，還有許多生物靠吸入氧氣、呼出二氧化碳生活。再加上地球時不時地“鬧脾氣”，氧氣的增加并不是一條直線的。但無論如何，藍(lán)藻曾靠一己之力改變了地球大氣層。

地球變成雪糕球

6～7億年前，地球曾經(jīng)兩次變成一個大“雪球”。當(dāng)時整個地球都被冰雪覆蓋了，平均氣溫降到了-50℃。全球海洋遭到極端氣候影響，完全冰凍，冰蓋厚度可達(dá)上千米，這一狀態(tài)持續(xù)了數(shù)千萬年之久。

為什么地球會被凍結(jié)？科學(xué)家們還沒有統(tǒng)一的答案，不過最廣為人知的理論認(rèn)為，二氧化碳大量減少是地球降溫的主要原因。

在大約9億年前，地球只存在一個超級大陸——羅迪尼亞大陸。后來，羅迪尼亞大陸解體成了大量分散的小板塊，這些板塊的出現(xiàn)大大增加了地球上淺海的面積。淺海是藻類生物的發(fā)源地和聚集地，因此淺海面積的擴(kuò)大極大地增加了藻類的數(shù)量，許多二氧化碳被藻類的光合作用給消耗掉了。

到了7.5億年前，解體的羅迪尼亞大陸重新匯聚，形成了岡瓦納超大陸，板塊碰撞處隆起了大批山巒。造山運(yùn)動讓地勢迅速抬升，這讓地表巖石受到風(fēng)化的面積增加了，巖石在風(fēng)化過程中也消耗了大量的二氧化碳。在這種持續(xù)消耗二氧化碳的過程中，大氣中二氧化碳的含量迅速下降，帶來的后果就是氣溫驟降。

在長達(dá)千萬年不見天日的冰天雪地中，以光合作用為主的生物大量滅絕，只有少數(shù)生活在火山附近、赤道附近淺海區(qū)的植物存活了下來。生物們在這些相隔甚遠(yuǎn)的點(diǎn)狀區(qū)域里茍延殘喘，獨(dú)自進(jìn)化，慢慢出現(xiàn)了生殖隔離，沒有辦法進(jìn)行基因交流。而區(qū)域內(nèi)的近親繁殖則使得生物的突變增加，生命力下降。

不過，舊的不去新的不來，地球在凍結(jié)期間積累的物質(zhì)和能量催生了更多的新生命。大雪球時期，冰川不斷研磨和侵蝕著巖石，大量的巖石碎屑會隨著冰川水流入大海。這些富含氮磷元素的巖石碎屑是藻類最愛的美食，為藻類的復(fù)興奠定了基礎(chǔ)。作為生產(chǎn)者的藻類的興盛無疑能夠帶動整個生態(tài)系統(tǒng)的大爆發(fā)。此外，由于雪球時期，許多生物滅絕了，空出了新的生態(tài)位，人均能分到的生活空間和營養(yǎng)物質(zhì)更多了。多種因素作用下，生物的多樣性在雪球期后快速地恢復(fù)了。

一場大雪后，整個世界都變了樣。

持續(xù)百萬年的暴雨

2.5億年前，地球生物陷入了低谷期，70%的陸生脊椎動物和96%的海洋生物在剛剛過去的大災(zāi)難中滅絕了。幸存下來的生物獨(dú)享了廣袤的土地和豐富的資源，眼看要過上好日子了。不料，好景不長，在2.34億年前，地球上突然下起了暴雨，這一下，就是幾百萬年，又有不少生物沒能熬過這場暴雨。

當(dāng)時地球的陸地還是一塊整體，我們稱之為盤古大陸。海洋水汽很難穿越寬廣的盤古大陸進(jìn)入到內(nèi)陸，因此盡管沿海濕潤多雨，內(nèi)陸卻常年被炎熱與干旱所籠罩。干旱時間一長，地球就壓不住自己的“脾氣”了，大陸各地的火山開始爆發(fā)，其中最嚴(yán)重的當(dāng)屬現(xiàn)今美國的阿拉斯加和加拿大的哥倫比亞省附近的蘭格利亞火山，它一噴發(fā)就是500萬年。

恐龍在大暴雨中崛起

蘭格利亞火山向大氣釋放了大量二氧化碳，溫室效應(yīng)明顯。通過對當(dāng)時化石的氧同位素分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時全球氣溫上升了4℃～7℃。高溫使得更多的地表水蒸發(fā)，還讓大氣水循環(huán)加速，更加猛烈的季風(fēng)終于將海洋水汽輸送到了內(nèi)陸，整個大陸都迎來了期盼已久的大雨。

可是沒想到的是，這場雨一下就是幾百萬年，不僅讓陸地動物難過，連樹木都承受不住地“哭”了。德國哥廷根大學(xué)的植物學(xué)家萊拉·塞夫拉發(fā)現(xiàn)，那個年代存在許多琥珀化石，這是因?yàn)橹参锓置诔隽舜罅繕渲６鴺渲侵参镌诃h(huán)境壓力過大的情況下分泌出來進(jìn)行自我保護(hù)的，比如大暴雨時油脂可以起到隔離水汽、防止?fàn)€根的作用。不過，樹脂并不是萬能的，除了部分針葉植物承受住了大雨的肆虐，其余的植物都死去了。以植物為食的陸地動物，比如當(dāng)時的世界霸主喙頭龍和二齒獸也因此走到了末路。

海洋生物也難逃大雨的威力。在雨水的持續(xù)沖刷下，巖石碎屑和粘土物質(zhì)大量流入海洋，不斷吸收著海洋中的氧氣。再加上二氧化碳和甲烷使得氣溫升高，高溫導(dǎo)致氧氣逸出，海水含氧量下降，厭氧細(xì)菌開始在海洋中大量生長，釋放出大量甲烷和硫化氫等氣體。海洋中的植物和動物無法適應(yīng)高溫缺氧的環(huán)境，紛紛倒下了。

不過，這場大暴雨后，也誕生了新的世界霸主——恐龍。在暴雨剛開始下的時間對應(yīng)的巖石層里，恐龍化石占所有陸地脊椎動物的5%，但是到了暴雨快下完的時候，這個比例飆升到了90%。此外，在這場幾百萬年的雨落下之前，恐龍的祖先蜷縮在盤古大陸最南端，但是雨下完后，它們的足跡遍布了全世界。

看來，一場大雨也足以改變世界。