地球災難史與機遇圖解
(1)——行星撞地球
地球災難史與機遇圖解(1)——行星撞地球圖文:公理力時空,既是人類開拓、認知新疆域的直接坐標,也是消滅歷史的最強大「殺手」。伴隨著瑪雅預言的2012,有幾分怪異,人們比以往任何時候更加關注地球的命運和未來。回顧地球46億年歷史上那些驚心動魄的毀滅性大浩劫和由此帶來的罕有機遇,有助於我們更加深刻了解地球,更加珍視地球。相對而言,對於人類過往5000 - 7000年的歷史有較完整的了解,算不上什麼難事,畢竟我們有先人們留下的文字記載和相對豐富的考古發現可供相互印證。對出現於十餘萬年前的現代人直接祖先——智人的演進,試圖勾勒出一幅生動歷史畫卷的努力,難度就大多了,但在基因工程等現代科技的強力支持下也取得了令人振奮的成果。對於大約400萬年前踏上歷史舞台的古人類——猿人的完整認知夢想,由於時空的冷酷無情而難上加難,考古學家和人類學家們迄今為止的所有成果就不免差強人意,零星的考古發現尚不足以拼湊出有足夠說服力的證據鏈,即使他們鍥而不捨、殫精竭慮地一直努力著,也並無多少改觀。儘管如此,人類從來不缺乏包括好奇心在內的求知驅策力,他們中一部分傑出的代表們始終沒有停下探索的腳步。相反,他們的目光早已跨越更為現實可行的認知人類自身的眼前目標,大膽地鎖定在時空的原點——人類立足的這個星球(地球)及其環境(宇宙)的起源這個終極探索目標上!困難和障礙是不言而喻的。懷疑他們能夠取得多少像樣的成果或許是常人符合邏輯又很自然的反應。然而,非常令人意外、甚至有些匪夷所思地是,他們竟然成功了!對終極目標的探索,他們今天就拿出了嘆為觀止又符合邏輯的系統成果!關於宇宙起源的大爆炸理論專業性太強,超出了本文討論範圍。科學家們關於地球誕生以來火與冰慘絕人寰的大浩劫及其演進才是本文的興趣所在。為避免過於理論和專業的繁瑣闡述,本文主要以圖解方式呈現。按照當今權威學者們的理論,地球誕生於約46億年前!這種超常的時間跨度太考驗人們的想像力,《聖經》中有上帝七天創世之說,在此不妨將地球誕生以來46億年的歷史假想壓縮發生在一周之內,並稱之為「地球歷史周」。1】初始大碰撞 (地球歷史周周一凌晨0:15分)太陽系尚未完全成形,當時有20顆新生的小行星環繞太陽。剛剛誕生的地球也在其中,它的表面形同煉獄,熔岩隨處可見,既沒有水,也沒有氧氣,瀰漫空中的是火山爆髮帶來的有毒氣體。就在此刻,一顆體積接近火星的行星與地球發生空前規模的大碰撞!
這場大碰撞幾乎毀掉新生的地球。劇烈碰撞產生的高溫幾乎熔化整個地球,大塊的地殼物質和大量碎屑飛散到空中,這些碎片相互碰撞、匯聚並凝結成球形,歷經約百年時間最終冷卻形成今天繞地球飛行的月球。而地球軸線也因此發生23度傾斜。
提出該大碰撞理論的是天文學家William Hartman博士,他1960年提出這個大膽設想的基本依據是地軸的傾斜、地球衛星——月球的存在,同時也受到我們的鄰居火星和金星表面存在大量隕石坑和尺度達100 - 600英里巨型撞擊坑的啟發。
當時,這個理論未能獲得多少認同。美國人於1969年首次登月成功,此後又多次光臨月球,取回多達840磅的月球表面岩土樣品。化驗分析發現,其構成與地球成分幾乎相同!這為哈曼理論提供了一個強有力的證據。
另一位女天文學家在研究土星衛星過程中成功開發出一種計算機模擬系統,她後來將該系統運用於哈曼理論也取得很高的吻合度。
2】大碰撞導致地球獨特的進化環境(地球歷史周首日)新生地球遭遇這場空前絕後大碰撞的一個直接結果是其自轉速度加快。絕妙的證據來自珊瑚化石。珊瑚礁的獨特性之一是每天沉積的石灰質形成層狀結構,每一年的變化也可以識別,類似於樹木的年輪。根據4億年前珊瑚化石的年輪記錄,當時的地球一年有410天,每天為21小時。據此推算45億年前的地球,每天則只有6小時!其自轉速度是今天的四倍。地球高速自轉的直接結果之一是地表狂暴的氣候條件,空前劇烈的颶風席捲整個地球。這無論如何也看不出她在向著有利於生命形態出現的方向演化!
地球歷史周周一凌晨1:30左右,年輕的地球剛從最初的大碰撞中緩過神來,再次遭遇外太空不速之客的「突襲」。攜帶冰塊的巨大彗星猛烈撞擊地球,巨大的撞擊能量無異於另一次大爆炸,其產生的高溫將彗星帶來的大量冰塊迅速融化,並與地球內部凝結的水一道形成地球上最初的海洋。顯而易見,這並非另一場災難,水之於生命的意義無需贅言,把它看成是宇宙對地球的一種恩賜更為恰當!
但地球的狂暴並沒有因為這種恩賜而有所收斂,時速高達500英里的颶風和夾雜著火山氣體的酸雨傾瀉在新生的大地上,似乎看不到生命形式能夠在此誕生的任何希望。
不幸中的萬幸,一線希望升起於天際地平線的巨大月球。說它「巨大」,是因為44億年前的月球離地球距離只有今天的十分之一!
如此之近的月球對地球上海洋的引力是十分巨大的!它產生的潮汐作用當然也比今天狂暴得多。數百英尺高的滔天巨浪時速可達數百英里,周而復始地衝擊著遠超海岸線的陸地深處。新生的海洋在與近地月球的互動中恣意妄為,日復一日地蹂躪和吞噬著陸地。
如此狂暴的大海習性對任何可能的生命形式的誕生平添了新的障礙嗎?答案正好相反。它是地球上首次誕生生命形態的必要前奏。威力無比的潮汐巨浪裹挾巨量的陸地礦物質源源不斷地輸送至新生的淡水海洋,使之逐漸變「咸」,創造出孕育最原始生命形式必不可少的所謂「原始湯」這個絕佳環境。
海洋「原始湯」中逐漸增多的各種礦物質和養分之間自由混雜和相互發生化學作用,創造出最初始的氨基酸和蛋白質形態,為原始生命的誕生打下了至關重要的基礎。此事發生於我們的地球歷史周周一夜間11:00左右,即新的一天到來前一小時。實際上,這已經是最初大碰撞發生5億年後的事了!
回頭來看,或許人們有足夠理由這樣說:正是最初幾乎毀掉新生地球的超級大碰撞為生命形態的出現創造出一個絕妙又獨一無二的奇特環境,從而為人類的最終出現創造了罕有的機會!(未完,待續)2)——水與地球尺度的奧妙圖文:公理力本帖文第一部分已經談到地球誕生之初那次空前大碰撞。尺度相當於火星的那顆行星在與地球碰撞過程中完全毀滅,融合為地球(也包括月球)的一部分。 因此,大碰撞的另一個直接結果是地球的尺度變大。有天文學家認為,最初的地球只有現在的十分之一大小!她大概由10顆小行星相互碰撞融合而成。這就意味著,在大碰撞之前曾多次發生規模不同的小行星碰撞才逐漸形成後來的地球。地球今天的尺度達到直徑12756公里,約為我們的近鄰火星的兩倍;而其質量則為火星的十倍。這一點意義非凡。
據認為,除地球外,火星是太陽系中最接近人類居住環境條件的行星。觀測和研究表明,火星上曾有過水!火星探測器發回的照片顯示,火星地表存在小河道,許多地方曾受水侵蝕。甚至火星上可能曾發過洪水,也可能出現過湖泊和海洋。但很遺憾,火星上的水只存在不長時間,大約四十億年前就消失了。
火星上的水為什麼會消失?其尺度和質量不夠大是一個關鍵因素!由於火星質量僅為地球的十分之一,形成的引力也就很有限。過低的引力不足以保持其地表水在特殊情況下的散失,如行星碰撞、火山爆發等災變足以導致其地表水全部蒸發至太空,且不再返回。事實上,火星只包裹一層薄薄的大氣,其表面平均大氣壓還不足地球上的1%!
回頭看我們的地球,她則幸運多了!有研究者認為,在發生其誕生初期那場大碰撞之前,地球表面就已經存在河流、湖泊和海洋等豐富的地表水系。雖然在大碰撞過程中,所有地表水(包括海洋)全部蒸發殆盡,但由於大碰撞導致地球的質量增大,這些水的相當部分並未逃逸出地球足夠強大的引力範圍,只是停留在包裹地球的厚厚大氣層中而已,隨後又以降雨、冰雪等方式重返地表。試想,如非如此,需要多大尺度、多少次彗星撞地球才能帶來覆蓋地表60%的龐大水系呢?!
另一個有趣的問題是:假如我們的地球比現在更大一些,比如大一倍,是否會更好呢?至少我們14億國人不必擁擠在如此狹小的生存空間啊!做一個簡單推論,就會發現,這個假設並非那麼美妙!
地球直徑增大一倍,其質量大約會是現在的10倍,其引力也將增強很多。當大碰撞發生時,地球自身的碎裂狀況就不會那麼慘烈,也不可能有那麼多碎塊飛離地球而形成今天的月球。即使假設能夠順利形成現有尺度的月球,由於地球引力過大,月球也會一頭扎進地球的懷抱成為其一部分!沒有了月球,也就不可能有當初海洋威力無比的潮汐作用,也就很難說能否形成,或何時能夠形成孕育原始生命形態的「原始湯」!一句話,你、我今天也就不可能出現在這兒了!
浩渺的宇宙以大爆炸方式誕生之後,在銀河系某個小角落裡,有一顆被稱之為太陽的恆星,其周圍環繞的幾十顆小行星正在進行一場慘絕人寰的大火拚。
我們的地球母親就在這個煉獄中誕生,並跌跌撞撞地掙扎著求生、長大。沒有任何可資利用的規劃藍圖,更沒有遺傳基因的約束,她的身體竟然能夠生長發育得不大、不小、剛剛好!最終,這個太陽系的老五(按質量排列)成為八個兄弟姐妹中唯一擁有繁衍能力的星球!不僅如此,她很可能也是整個銀河系,甚至是整個浩瀚宇宙中的「另類」獨苗!我們可以十二分嚴謹地說,這個亘古未聞的奇蹟、小概率事件中的小概率事件純粹屬於撞大運式的偶然事件!此外沒有任何合理解釋!
此時此刻,我終於可以理解,偉大的物理系學家牛頓晚年何以將其永恆的萬有引力理論和整個物理科學歸結到無所不能的上帝那裡!(未完,待續)(2)——水與地球尺度的奧妙本帖文第一部分已經談到地球誕生之初那次空前大碰撞。尺度相當於火星的那顆行星在與地球碰撞過程中完全毀滅,融合為地球(也包括月球)的一部分。 因此,大碰撞的另一個直接結果是地球的尺度變大。有天文學家認為,最初的地球只有現在的十分之一大小!她大概由10顆小行星相互碰撞融合而成。這就意味著,在大碰撞之前曾多次發生規模不同的小行星碰撞才逐漸形成後來的地球。地球今天的尺度達到直徑12756公里,約為我們的近鄰火星的兩倍;而其質量則為火星的十倍。這一點意義非凡。
據認為,除地球外,火星是太陽系中最接近人類居住環境條件的行星。觀測和研究表明,火星上曾有過水!火星探測器發回的照片顯示,火星地表存在小河道,許多地方曾受水侵蝕。甚至火星上可能曾發過洪水,也可能出現過湖泊和海洋。但很遺憾,火星上的水只存在不長時間,大約四十億年前就消失了。
火星上的水為什麼會消失?其尺度和質量不夠大是一個關鍵因素!由於火星質量僅為地球的十分之一,形成的引力也就很有限。過低的引力不足以保持其地表水在特殊情況下的散失,如行星碰撞、火山爆發等災變足以導致其地表水全部蒸發至太空,且不再返回。事實上,火星只包裹一層薄薄的大氣,其表面平均大氣壓還不足地球上的1%!
回頭看我們的地球,她則幸運多了!有研究者認為,在發生其誕生初期那場大碰撞之前,地球表面就已經存在河流、湖泊和海洋等豐富的地表水系。雖然在大碰撞過程中,所有地表水(包括海洋)全部蒸發殆盡,但由於大碰撞導致地球的質量增大,這些水的相當部分並未逃逸出地球足夠強大的引力範圍,只是停留在包裹地球的厚厚大氣層中而已,隨後又以降雨、冰雪等方式重返地表。試想,如非如此,需要多大尺度、多少次彗星撞地球才能帶來覆蓋地表60%的龐大水系呢?!
另一個有趣的問題是:假如我們的地球比現在更大一些,比如大一倍,是否會更好呢?至少我們14億國人不必擁擠在如此狹小的生存空間啊!做一個簡單推論,就會發現,這個假設並非那麼美妙!
地球直徑增大一倍,其質量大約會是現在的10倍,其引力也將增強很多。當大碰撞發生時,地球自身的碎裂狀況就不會那麼慘烈,也不可能有那麼多碎塊飛離地球而形成今天的月球。即使假設能夠順利形成現有尺度的月球,由於地球引力過大,月球也會一頭扎進地球的懷抱成為其一部分!沒有了月球,也就不可能有當初海洋威力無比的潮汐作用,也就很難說能否形成,或何時能夠形成孕育原始生命形態的「原始湯」!一句話,你、我今天也就不可能出現在這兒了!
浩渺的宇宙以大爆炸方式誕生之後,在銀河系某個小角落裡,有一顆被稱之為太陽的恆星,其周圍環繞的幾十顆小行星正在進行一場慘絕人寰的大火拚。
我們的地球母親就在這個煉獄中誕生,並跌跌撞撞地掙扎著求生、長大。沒有任何可資利用的規劃藍圖,更沒有遺傳基因的約束,她的身體竟然能夠生長發育得不大、不小、剛剛好!最終,這個太陽系的老五(按質量排列)成為八個兄弟姐妹中唯一擁有繁衍能力的星球!不僅如此,她很可能也是整個銀河系,甚至是整個浩瀚宇宙中的「另類」獨苗!我們可以十二分嚴謹地說,這個亘古未聞的奇蹟、小概率事件中的小概率事件純粹屬於撞大運式的偶然事件!此外沒有任何合理解釋!
此時此刻,我終於可以理解,偉大的物理系學家牛頓晚年何以將其永恆的萬有引力理論和整個物理科學歸結到無所不能的上帝那裡!(未完,待續)(4)——冰封整個地球!1】冰封整個地球!(地球歷史周周四下午)太陽系形成之初,地球由眾多小行星碰撞、融合而初生。事實上,這裡還有另一個至關重要的幸運「安排」不能忽視,這就是地球到太陽這顆恆星間的距離。太遠或太近,都會因高溫或寒冷讓生命無法立足。通過對我們的鄰居火星等行星的觀測,即可略見一斑。回頭看一下地球的早期歷程,我們的地球和人類是不是太幸運呢?—— 周一凌晨,那場空前慘烈的大碰撞形成尺度剛剛好的地球與月球動態平衡系統;—— 在地球歷史周第一天即將結束的時候,狂暴的海洋中形成孕育生命的「原始湯」;—— 周二凌晨,逐漸平靜下來的地球大舞台上首次出現單細胞原始生命形態;—— 周三清晨,以藍綠藻進化出光合作用機製為標誌,大氣中終於開始出現氧氣!假如這一系列隨機事件中的任何一個環節出現差錯,人類能否出現在地球上就很難想像了!大氣中雖然已經開始有氧氣,但其濃度不過1%而已,尚不足以支撐複雜的大型生物在地球上進化。各種微生物佔據海洋的平靜日子持續了十幾億年。然後另一場大災難降臨地球!約22億前,相當於我們地球歷史周周四下午,厚度達上千米的冰原從地球南、北兩極開始向赤道擴展,最終封蓋了整個地球表面!
冰川曾經覆蓋整個地球的主要證據來自於從澳大利亞、南非、美國等世界許多地方發現的古老落石。研究者們認為,這些與當地環境格格不入的落石是冰川運動的直接結果。據認為,在遠古地球,只有冰河才有力量把這些落石搬運至數千公里之外。
而不少落石是在地球赤道附近發現的。研究者們通過研究落石岩樣的磁場可以揭示出落石生成時所處的緯度。用這個方法就可以確定它們最初的「出發地」。值得一提的是,該方法還發現,數億年前,澳大利亞與其今天的地理位置完全不同,那時這片大陸位於赤道附近!這又為地學界大陸漂移學說提供了進一步證據。這些研究成果表明,當時赤道附近同樣存在冰河運動的痕迹,這就間接證明了整個地球曾被冰封!
此圖中巨石位於美國紐約一處公園內,據研究也是一塊落石。世界各地大量的地質學研究表明,地球大約每10萬年就會周期性地進入冰河期,擴張的冰川、冰河會重塑地貌。但通常冰原不會擴展到接近赤道的嚴重地步。有什麼特別原因使22億年前的冰河期打破了這個規律,導致冰封整個地球的這場氣候大災難發生呢?這個問題曾經困擾科學家們很多年。周期性的冰河期是因地球環繞太陽軌道的改變引起的,但這不至於導致整個地球的冰封。目前一種較有影響的觀點認為,是地球大氣中溫室氣體的不足導致地球大降溫。原因是陸地表層風化作用的加劇。其過程是這樣的:大氣中的二氧化碳與水蒸汽結合形成酸雨,酸雨與風化岩石表面的礦物質發生化學作用,使二氧化碳形成碳酸鹽固化物,並隨雨水流向大海,最終沉積成石灰岩。這樣,大氣中的二氧化碳濃度就會愈來愈低,大氣層的溫室效應逐漸減弱。風化作用在溫熱、潮濕的地方會更加嚴重。而當時,亞、非、歐、美、澳幾塊大陸尚未因漂移分離開來,而是聚集在赤道附近的超級大陸。這個高溫潮濕的超級大陸雨水極為充沛,具有地球上最高的降雨量。導致風化作用失控般地進行,大量消耗著大氣層中的二氧化碳,使其濃度降低,保溫作用減弱,地球因此變得更加寒冷。在今天的地球上,動植物會起到平衡大氣層中二氧化碳濃度的關鍵作用。但當時,地球上尚未進化出大型陸地動物和植物,海洋中也只有以藍綠藻為代表的單細胞細菌。這類微生物無助於二氧化碳的補充,有人認為它們反而會消耗二氧化碳。
這個解釋或許不夠有說服力。另有研究者提出不同觀點。他們認為,溫室氣體減少是當時海洋中有重要意義的三種微生物間的平衡被打破造成的。它們是人類的祖先鞭毛蟲、光合成生物(藍綠藻)和甲烷菌。藍綠藻通過陽光獲取能量並釋放氧氣;鞭毛蟲吸收藍綠藻製造的養料,並呼吸它釋放的氧;甲烷菌則製造甲烷氣體。而這種氣體的溫室效應是二氧化碳的20倍!從而保障地球合適的氣候環境。
問題是藍綠藻製造的氧氣很容易與甲烷氣體發生反應,導致大氣中甲烷量的減少。假如藍綠藻的數量繁殖到一定程度,它釋放的氧氣足以消耗掉甲烷菌製造的所有甲烷氣體,大氣層失去這種高效力溫室氣體,就會導致地球降溫和冰封。
地球溫度大大降低之後,位於地球兩級的冰帽就會逐步擴大,並向赤道方向推進。此時,另一個至關重要的效應開始發揮作用。眾所周知,地表上的陸地、海洋和冰雪對陽光的反射和吸收效果有很大差別。測試表明,海水表面可以吸收超過90%的陽光,而冰雪表面只能吸收15%,僅僅是海水吸收熱量的六分之一!隨著冰帽的擴大,它對陽光的反射作用愈加強大,而能夠有效吸收陽光的海洋表面則持續縮小。這意味著整個地球吸收太陽熱量在逐漸減少,從而導致其進一步降溫。這一效應反過來又加速冰原向赤道方向的推進。於是,形成不可逆的惡性循環,直至整個地球變成一個大冰球。
值得一提的是,這個效應是冷戰時期科學家在研究核戰爭後果時發現的。他們預測,大規模的核戰爭會將大量煙塵推向太空,因而遮蔽投向地球的陽光,導致地球進入寒冬。俄羅斯氣象學家經計算得出一個令人震驚的結論:一旦冰原推進超過北緯30度,在中國也就是大約重慶市所在的緯度,就會因冰雪表面反射的陽光過多,剩餘的海洋和陸地表面吸收的陽光熱量將不足以維持地球的溫暖,從而引發冰封地球過程達到不可逆轉的臨界點!而22億年前的情況正是如此。一個不難想到的問題是,假如今天的地球被完全冰封,人類有躲過災難繼續生存的可能嗎?研究者們的回答是否定的。擁有現代科技的人類在大自然面前能耐依然非常有限,面對整個地球被冰封的氣候災難,可做的幾乎很少,基本上只能坐以待斃!當然,如果有人具備火星上求生存的技術條件的話,個別人的結局或許不同。
回頭來看,人類無力面對的災難,在22億年前雖然導致當時99%的生物滅絕,但顯然沒有難倒當時極少數地球居民——個別種類的單細胞微生物,否則我們何以會出現在地球上?僅僅依賴光合作用生存的細菌顯然逃不過這一劫,因為當時海洋中冰的厚度達到上千米,處於完全黑暗世界。研究者們在今天深度上百米的死寂冰穴中發現了能夠存活的微生物,其生存能力和技巧令人驚嘆。它們可以通過啃噬岩石獲取能量!這種藍綠藻演化出極強的適應環境生存機制,可以在極端的環境中生存。人類細胞如果凍結會撐破細胞膜,如果脫水也會死去。而這種細菌進化出一種特殊的細胞結構,在極端的冰雪環境中也不會受損。有些脫水的藍綠藻過100年後加點水又可以復活!有些研究者斷定,正是這類具有頑強生存技能的特殊微生物躲過了那場氣候大災難,成為人類和其它動植物的共同祖先。
這場氣候大災難使地球遭受完全冰封達16億年之久!即從地球歷史周周四下午到周六深夜。
但另有觀點則相信,是地球各地分布的溫泉成了大冰封期間各種微生物的避難所。我們或許可以認為,這兩種情況都是生物得以延續的原因。2】躍進式生物大進化(地球歷史周日子夜)要感謝此後大規模的火山爆發,導致包裹地球的厚厚冰層被融化。研究者們相信,先後有數千座火山爆發,將數十億噸二氧化碳排入大氣層。經過大約100萬年時間,地球大氣層中的溫室氣體濃度顯著升高,溫室效應使地球大幅升溫(有觀點認為從-50C升高到50C),冰封的過程被最終逆轉。冰原逐漸融化,大地回春……
考慮到最原始的生命形態此前30億年就已經出現,歷經漫長歲月卻並無實質意義的大進化發生,這有些不可思議。這是16億年長冰封期的另一個間接性支持證據。歷經這經場氣候大災變的磨難,少數單細胞微生物種類終於倖存下來。大冰封結束後約300萬年,在新的溫暖氣候下,引發一場躍進式生物大演化的絢麗圖卷,此時是地球歷史周最後一天的子夜時分。科學家們認為,這個現象並非偶然,是這場大災難為複雜生物的進化創造出適宜的環境條件。
這裡的關鍵要素是大氣中氧氣濃度的改變。地球冰封前,大氣中氧氣的濃度只有1%左右,不足以支撐複雜生物的繁衍;而冰封期後,氧氣濃度躍升至21%!有研究者認為,這是冰封期化學作用的結果。太陽中的紫外線與冰中的水分子作用,產生過氧化氫。這種富含氧的物質被鎖定在冰中,直至溫度上升至冰層融解,過氧化氫分子隨即行分裂,釋放出大量的氧氣進入海水和大氣中。也有專家認為,由於漫長的大冰封期間大量微生物死亡,海洋中積蓄了大量養分,再加上冰封期結束後特別溫暖的氣候條件,導致以光合作用為特徵的藍綠藻爆髮式大量繁殖,以至於淺部海域都被其染成綠色!正是這些海量的藍綠藻導致大氣中氧氣濃度的躍升。因此,大冰封成為生物演化的分水嶺。第一個複雜生物,即所有大型動植物的祖先隨後出現。
這類小型初始生物是地球上最古老的多細胞生物化石。這個生物演化長鏈的初始環節一直連接到高等動物和人類。充滿高濃度氧氣的大氣出現幾百萬年後,生物進化出現革命性躍進,憑肉眼即可看到的大型生物化石出現在人們的視野中。 從一定意義上講,這場氣候災變對生命而言並非一場浩劫,相反是一個推進生物演化進程的重要機遇。
這些原始海洋生物是地球上最早的多細胞複雜生物,它們存在於約6億年前,是所有動物和人類的祖先。
(未完,待續)(5)——超級火山大爆發!人類多災多難的地球母親,在其46億年漫長的演化進程中,小規模局部性災難不計其數,全球規模的大浩劫也曾接二連三地發生。經歷六億五千萬年前那場慘烈的全球大冰封之後,在地球歷史周迎來周日子夜的時候,生物進化展現出一幅躍進式大發展的絢麗畫卷,大型動植物的出現徹底改變了地球的面貌。然而,好景不長,兩億五千萬年前,地球上發生了又一場生物大滅絕的悲劇!
古生物化石研究發現,二疊紀末期(兩億五千萬年前,即地球歷史周周日午後),地球上已經出現的各種動植物和海洋生物在短時間內突然消失了95%!究竟是什麼原因導致地球歷史上這場最慘烈的生物大滅絕?這個問題同樣困擾相關科技領域專家學者很多年。他們首先否定了小行星撞地球導致生物大滅絕的可能性,假如是那樣的話,生物滅絕應該在極短時間內發生。化石研究卻發現,生物是在大約10萬年的一個時期內逐漸消失的。幾年前,在俄羅斯西伯利亞進行的石油勘探鑽井偶然間解開了這個謎底。石油地質工作者在深埋地下3000米的岩層中發現了2.5億年前的火山熔岩。進一步的地質調查發現,這些熔岩的分布規模十分驚人。其範圍達數千公里!通過研究者們此後的深入調查研究,逐漸揭開了這場非同尋常大爆發的本來面目,以及由此引發的全球規模的災難性連鎖反應。這是我們地球歷史周周日午後兩三點鐘,西伯利亞高原的一連串超大規模火山爆發引發又一場洗劫整個地球的大災難。這場超大規模的火山大爆發延續近50萬年,產生約500萬平方公里的熔岩。假如這些熔岩以1500米厚度均勻分布,將足以覆蓋整個中國!
火山爆發有三種物質,熔岩、火山灰和氣體。熔岩所到之處毀滅一切,但其作用範圍相對較小。火山灰影響所及,面積就比熔岩大很多,但其影響較輕,尚不至於致命。而影響範圍最廣、後果最嚴重的是是火山噴發釋放的數十億噸的二氧化碳和二氧化硫氣體。它們才是導致全球性生物大滅絕的罪魁禍首。
研究者們發現,2.5億年前的植物葉片化石上吸收二氧化碳的小孔要比今天的少很多。這意味著當時大氣中二氧化碳濃度很高,因而只需很少的小孔即可滿足植物生長的需要。據研究者推算,當時地球大氣中溫室氣體的濃度是今天的20倍!
這些巨量火山氣體的一個直接作用是導致地球的光照面積急劇縮小,帶來地球數年酷寒嚴冬。而二氧化硫氣體與空氣中的水蒸氣作用又形成硫酸酸雨,對動植物造成極大傷害。
酷寒氣候結束後,因大氣中二氧化碳濃度的急劇升高形成溫室效應,地球的溫度升高達10華氏度。氣候和環境的這種急劇變化足以導致地球大範圍植物的毀滅,從而引起食物鏈崩潰,這又導致陸地動物的大量死亡。
這一全球性的氣候劇變,作為海洋生物樂園的大海也未能逃脫其致命影響。溫度升高導致洋流停滯,海水中含氧量急劇下降。研究者們從海底2.5億年前岩層中發現的愚人金標本提供了這方面的證據。
海水中缺乏氧氣,促使一些適應此類環境的特殊微生物(如紫硫菌)大量繁殖。而紫硫菌類微生物會釋放含硫的有毒氣體硫化氫。這就給大多數依賴氧氣維生的海洋生物帶來滅頂之災。隨著這類細菌在缺氧環境中的迅速繁殖,大海這個家園就成了海洋生物們的屠戮場和墳墓!
然而,這並非這場大災難的全部。海洋中還存在巨量的甲烷水合物,它們是甲烷被凝結在海底冰冷的水中形成的。這中水合物極不穩定,溫度升高几度,就可能導致其分解而釋放出甲烷氣體。而甲烷氣體的溫室效能是二氧化碳的20餘倍。海底大量甲烷水合物的分解,足以導致地球大氣層溫室效應的加劇,使地球溫度再次升高。而升高的溫度又導致更多甲烷的釋放,因此形成惡性循環。有研究者認為,2.5億年前的情況正是如此。這一效應導致地球氣溫又上升了10華氏度。這意味著火山大爆發引發的連鎖反應使地表溫度總共升高達20度!從而引發這場全球範圍的生物大滅絕。
不幸中的萬幸,這場大滅絕還有5%的倖存者,其中就包括犬齒龍。這種動物在對付其天敵和其它兇猛的食肉動物過程中,練就了一種善於挖洞的技能,這使它們能夠在當時嚴苛的環境中逃過一劫。研究者們相信,正是這種其貌不揚的小型動物中的一個支系演化為哺乳類,最終成為我們人類的祖先。而這場大浩劫的作用之一是徹底消滅了它們的天敵,從根本上消除了它們的生存威脅。從而改變了生物演化的方向和進程。
科學家們相信,類似於這場西伯利亞規模的超級火山大爆發,並非不會重演,但其頻率會非常低,數億年才有可能爆發一次。大自然引發的其它全球性大浩劫也同樣屬於極小概率事件,無需擔憂。真正的憂患來自人類活動對我們脆弱的環境生態系統的威脅!據估計,人類在過去短短的一兩百年間就已經向大氣中排放了20 - 30兆噸的二氧化碳氣體,而目前海底的甲烷水合物總量粗略估計有30兆噸。人們有理由擔心,不斷增加的溫室氣體會導致全球氣候變暖惡化到失控的程度,從而引發海底甲烷水合物的分解。果真如此,那將是2.5億年前全球浩劫的重演!儘管人類今天的科技已經十分發達,但面對如此慘烈的大浩劫,全球70億人中能夠僥倖逃過一劫的將寥寥無幾。
(未完,待續)(6)——小行星撞地球!
除了華夏文化中虛構出來的龍,國人最熟悉、但從未見過的一種動物應該就是恐龍了。古生物學界有確鑿的證據證明,恐龍滅絕於6500萬年前,這相當於我們地球歷史周周日晚9時30分。現代人往往為這一巨型動物的滅絕而惋惜不已,甚至幻想通過基因工程能夠復活這個古老的物種。但恐怕沒有多少人想過,恐龍消亡的最大意義在於為人類的出現掃除了一個難以逾越的障礙!
恐龍為什麼會滅絕?在很長一段時間內,科學界並無確切答案。這件地球與人類演化史上的特大懸案,直到最近幾十年才成功告破,並找到真正的「元兇」。
約30多年前,生物學家施密特在K-T界線層(介於白堊紀和第三紀之間的界線,形成於6500萬年前)發現了富含稀有金屬銥的成分!這一發現很快震驚了科學界。因為地球上的絕大多數金屬銥都深埋在距地表6300公里深的地核內,而來自外太空的隕石和小行星上一般都含有銥。如果在地球表面找到了銥,就意味著與外來星體有關!由此,相關研究者很快得出推論:6500萬年前,來自外太空的一顆小行星撞上地球,導致70%生物大滅絕的慘劇,這其中就包括稱霸地球達1億5千萬年的巨型生物——恐龍家族。
但推論需要證據證明,要想結案起碼應該找到犯罪現場才成。於是,相關科技工作者們在全球範圍內展開尋找撞擊坑的工作。通過研究稀有金屬銥在世界各地的分布,他們預測出:撞擊坑規模一定很大,直徑應該在200公里左右。通過考察美國現存隕石坑岩石特徵,特別是通過分析特徵層在不同區域的厚度變化,有研究者推測出,K-T界線撞擊坑大致地理位置應該在加勒比海一帶!但搜尋工作始終一無所獲。
直到1978年,一家石油公司在勘探中偶然發現,在墨西哥近海逾千米深地下存在一個巨大的馬蹄形特殊結構層,它具有撞擊坑的所有特徵。其寬度達到180公里,深度達19公里,再加上外撞擊圈其直徑可達200公里!這與預測的K-T界線撞擊坑尺度完全吻合。
對鑽探取出的岩樣化驗分析發現,其中含有稀有金屬銥,石英結構粉碎特徵也符合撞擊特徵。研究者們相信,尋找已久的K-T界線撞擊坑就在這裡!
海底的證據已經相當充分,但事情並沒有完,研究者又在陸地找到了新的證據!墨西哥瑪雅文化遺址區域存在一些石灰岩溶岩坑,古瑪雅人把這些天然溶岩坑用作獻祭池。這類天然坑通常出現在地層斷裂帶上或岩層薄弱處。
有研究者通過研究衛星影像資料發現,這些石灰岩溶岩坑並非處於岩層天然斷裂帶上,而是呈環形分布!對比石油公司的地質資料後發現,這些溶岩井正是分布於撞擊形成的環形破碎帶上,與石油公司發現的撞擊坑完全符合。這就進一步證實了撞擊坑的真實性和其巨大規模。
找到了K-T界線撞擊坑後,研究者們以坑的尺度、環境條件等信息為基礎,並通過實驗室模擬試驗,終於可以推演出6500萬年前那場慘烈大撞擊的大致發生過程、規模、及其後果。
研究者們相信,6500萬年前來自外太空的那顆巨型岩體尺度約10公里,重達1000億噸,以72000公里的時速沖入太陽系,最終以20倍子彈的極高速度撞入地球淺海中。
由於極高的撞擊能量一部分轉化為熱能,撞擊中心的溫度高達華氏16000度,部分岩石熔化為岩漿。從撞擊坑飛出的熔岩時速高達40000公里,相當於無數顆超音速熔岩飛彈向四周飛散。有人甚至認為,少量飛出的熔岩可以擺脫地球引力範圍飛向月球!據模擬估算,從撞擊坑被炸飛的岩石總量可達5000億噸。
一些以超高速飛出的熔岩可達地球最遠處,就是地球另一面的南極和西伯利亞也可抵達。由此引發全球規模的森林大火。與此同時,超高溫風暴以3000餘公里的時速從撞擊點向周圍爆開。撞擊還引發超大規模海嘯,海浪高達近百米。這次撞擊類似一超大規模核爆炸,除了部分海洋生物和居於地下洞穴內的少量陸地動物,地表各類動植物均未能倖免,恐龍這類大型陸地動物更是首當其衝被滅絕。
大碰撞過後,隨著森林大火的自行熄滅,地球復歸平靜。但混雜著粉塵、煙霧和各種有害氣體的混合物充斥整個地球大氣層。
圖片中,女研究者背後是計算機模擬大碰撞影像。
據研究者分析,撞擊坑所在的位置是一個極其糟糕的撞擊點,此處岩土層中富含硫。大碰撞導致數噸的二氧化硫氣體進入地球大氣層,對陽光形成反射屏障。即使最初形成的各類塵埃回落地面後,這些氣體仍然漂浮於高層大氣層中。這一效應導致碰撞後的酷寒嚴冬期又延長一兩年之久。最終,它們與大氣中的水結合形成硫酸微滴,以酸雨形式落回地面。
各類岩土層不僅由硅酸鹽構成,石灰岩類岩層的主要成分是碳酸鹽。這次大碰撞的高溫還導致巨量二氧化碳等溫室氣體的釋放蒸發。據模擬估算,其總量可達數十億噸,相當於燃燒石化燃料3000年的效果!這一效應的直接結果,就是在經歷了長達兩三年的酷寒期之後,地球又進入一個更加漫長的酷暑期。有研究者認為,地球氣溫在大碰撞發生後數百年才逐漸恢復正常!
長達兩三年的寒冬,加上更加漫長的高溫氣候,對少量倖存下來的各類動植物都是一個前所未有的嚴峻考驗。惡劣的氣候導致植物匱乏,這首先導致草食動物的死亡,然後是食物鏈上的其它動物……
這場大劫難導致恐龍等大型陸地動物的滅絕,而一些生活在洞穴中的小型哺乳動物則幸運地活了下來。這些活下來的小型動物屬於雜食類,幾乎什麼都吃,這使它們在極端嚴苛的環境下也能生存。此外,哺乳動物胎生的特點較之卵生也為嚴苛條件下的維持繁衍創造了必要條件。
經歷這場大災難倖存下來的這些小型動物,失去了幾乎絕大多數威脅其生存的天敵,從而有了更好的生存與發展環境。一句話,正是因為恐龍滅絕了,人類的祖先哺乳動物才能繁衍,並最終進化為今天的人類。從這個意義上講,人類應該感謝6500萬年前的這場大災難!
無疑,小行星撞地球導致恐龍家族和很多其它生物滅絕,是一個小概率事件,但小概率事件並非不可能事件。科學工作者們基於大量的研究認為,類似規模的大碰撞幾千億年就會發生一次。當然,碰撞規模越小,發生的概率就越高。
最後,或許有人會拋開概率提出這樣的問題:假如今天再遭遇類似的大碰撞危機,人類的命運將會如何?
公理力對此相當有信心。理由也不複雜。1】在計算機科學輔助下的天文學已經具有相當令人滿意的預測能力。天文學家可以提前很久發現可能與地球相撞的小行星或巨型隕石。2】在獲得提前預報的前提下,人類核武技術和空間飛行技術相結合可以改變類似規模的小行星或巨型隕石的運行軌跡,從而避免與地球相撞。
舉一個例子即可清楚目前人類核技術的威力。前蘇聯烏克蘭地區切爾諾貝利核電站第4號核反應堆內全部核燃料擁有的放射性污染威力相當於日本廣島、長崎兩顆原子彈總和的100倍!時過境遷20年後,戈爾巴喬夫向記者透露:我們計算過我們最具威力的SS18核導彈,一顆核導彈的威力就是切爾諾貝利的100倍!這意味著一顆SS18的威力相當於廣島、長崎兩顆原子彈總和的10000倍!而前蘇聯當時擁有2700顆核導彈!
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