读懂地球“日记”

张唯诚

在地球的历史上，很多“大事件”塑造和改变了地球：来自太空的岩石撞击，熔化了地表;地壳板块漂移，改变了海洋和陆地的格局;火山爆发影响地球大气层的状态，导致气温时高时低;地球上孕育出生命，同时它们又改变了地球……

所有这些“大事件”都在地球的岩石中留下了痕迹，把岩层变得像一本“日记”。日记中的“文字”包括地质学上的改变，也包括植物、动物和其他生物体形成的化石。这些化石告诉人们，某一地质时期地球上的气候是怎样的，后来又发生了怎样的改变。设法读懂这本大自然留下的日记，我们才多多少少地知道一些发生在遥远过去的“大事件”。

地球进入“人类世”了吗？

这本地球“日记”是不完整的，只有一部分“页面”保留了下来，其他则消失于侵蚀、地壳板块运动和造山运动中了，但科学家们还是大致读懂了这本残缺的“日记”。地球“日记”的时间跨度大约为45.4亿年，人们称之为“地质年代”，地质年代又被一层层地分为更小的时间单位，如宙、代、纪、世、期、时等。

不论是参天大树还是微生物，地球上所有的生命都在改变着地球。然而，当人类这个物种出现以后，其对地球的影响力如此之大，远超其他一切物种，因为人类能掌握科技这种改变地球的全新手段。一些科学家认为，由于人类成为影响地球环境的主要力量，地球也因此进入到了一个全新的地质时代——“人类世”（Anthropocene）。

“人类世”这个词最早出现于20世纪80年代，是美国密歇根大学地质学家尤金·斯托莫率先提出的。到了2002年，由于德国化学家保罗·克鲁岑的努力，这个词变得为大众所熟知了。假若人类的影响将地球带进了“人类世”的新时代，那么“人类世”就应接在全新世之后。全新世开始于11700年前，它标志着最近一次冰期的结束。

气温反常，不降反升

冰期是一种周期性出现的地质时期。通常情况下，地球接受太阳的热量是恒定的，但在有些年份，季节间的反差会变小。例如一个湿润的冬季带来更多的水分并降下更多的雪，白色的雪反射更多的阳光，造成温度进一步下降。假若接下来的夏季又很凉爽，积雪来不及完全消融就进入下一轮冬季。如此一来，气温便年复一年地降下去，地球终于跌进了寒冷的冰期，它可以持续很长时间，直到另外一次大的气候变化重新将气候拉回温暖的时期。

这种气候周期性变化是怎么引起的呢？原来，地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆，而地球自转的轴也有一个倾斜。在地球公转的时候，北极点有一半时间偏向太阳，这时北半球就在经历以夏天为代表的温暖季节;而剩下的半年，北极点转向偏离太阳，这时就是南半球的夏天了。然而地球自转轴的倾斜度和地球绕太阳公转时轨道的偏心率并不是一成不变的，它们在周期性地发生着变化。在某段时期，当地球在离太阳最远的轨道上运行时，北半球会恰好进入夏天，这时的夏天就并不那么热了，雪和冰来不及融化，气温容易周而复始地降下去，下一个冰期就会到来。我们的地球目前正好处在这样的情况，然而气温却并没有降低，反而升高了。这是为什么呢？

大气与海洋的影响

很多科学家的研究都显示，正是人类的活动打乱了大自然固有的节律。这种气温上升的趋势开始于1750年，大致相当于工业革命开始的时候。从那时起，人们大量地开采资源，燃烧煤、石油、天然气等。在过去的250多年里，人类燃烧的化石能源和释放的二氧化碳超过了以往人类历史上的任何时期。

为了弄清地球大气的化学组成发生了怎样的变化，科学家们需要从世界各地采集大气样本，这项工作由美国国家海洋和大气局负责实施。每隔几天，一些装有大气样本的烧瓶便被送到实验室里，科学家们要分析每份大气样本中的近50种化学成份。研究小组负责人科尔姆·斯威利是一位地球生物化学家，他要研究生物和环境之间存在着怎样的交互作用，为此，他和他的研究小组需要认真测量这些大气样本中二氧化碳的含量。由于二氧化碳能锁住大气中的热量，所以它被称为温室气体。温室气体对地球上的生物非常重要，没有它，地球上的平均气温将低至零下18℃，而不是现在的15℃。

现在的问题是，地球大气中二氧化碳的水平飙升得太快了。从工来革命到现在，大气中二氧化碳含量的增长超过了40%。其结果是，地球上的平均气温自1750年以来上升了接近1℃。

问题还不仅仅表现在大气中，因为在人类燃烧化石燃料产生的二氧化碳中，有三分之一是被海洋吸收掉了。海洋的这个作用有效遏制了气候变暖，然而这是付出了代价的，因为二氧化碳也伤害了一些海洋生物。当二氧化碳溶解在了水中，它们和水分子发生反应生成碳酸，海洋变得酸化。假若海水的酸度过高，海洋生物的贝壳和骨骼就会受到损害。

有孔虫灭绝之谜

在海洋中，碳酸能分解一种物质——碳酸钙，碳酸钙是一些海洋动物，例如珊瑚和蛤蜊所不可缺少的，它们用这种物质制造自己的壳。碳酸钙还为另外一种很小的有机体——有孔虫提供制造壳的材料，有孔虫是一种古老的原生生物，5亿多年前就出现在了海洋中，至今种群兴盛，类型繁多。作为一种原生生物，多数人甚至没有意识到有孔虫的存在。然而，它们非常重要，居于海洋食物链的底端。当海水中的酸度增强，有孔虫和其他有壳的生物体便很难找到制造壳的材料，于是，不仅仅是有孔虫，整个海洋的生态便都因底层食物链的断裂而处在了危急之中。

大约5600万年前，类似的事情已经发生过一次。当时，大气中出现了高浓度的二氧化碳，其水平超过现在的两倍，这种情况不仅把当时的地球拉回到了温暖的状态，还使海水严重酸化，很多有孔虫类的壳都被海水溶解了。

为了收集证据以证明这一观点，美国耶鲁大学的古海洋学家埃伦·托马斯和她的同事们在全球多个地方进行海底钻探，以获取海底深处的岩石样本。这些样本像管子一样长达好几百米，里面充满了化石和沉积物，它们记载了地球的历史。

科学家们发现，绝大多数样本的“页面”都包含大量有孔虫的壳的化石，这些有孔虫生活在海洋里，它们死后沉积下来，一层一层地堆积在海底。然而，在相当于5600万年前的一段样本中，情况就很不一样了。这段异样地层的时间跨度只有5000～10000年，里面几乎没有什么化石，只有单调的泥土。在那段时间里，生活在海洋底部的有孔虫，有一半的种类都灭绝了。尽管5000～10000年听起来很长久，但从地质年代的跨度看，那只是一眨眼的功夫。在如此短暂的时间里，这些生物消失得如此突然，所以科学家们将它定性为一次“灭绝事件”。

下一次“灭绝事件”在所难免？

托马斯发现，那次“灭绝事件”并没有使生活在接近海洋表层的有孔虫遭至同样的厄运，这可能是因为当时二氧化碳进入大气和海洋的速度并不是太快，给了海洋上层海水以循环的时间，绝大多数碳酸最后进入到深层海水里，给生活在那里的生物以沉重打击。

5600万年前，二氧化碳浓度的飙升是在几千年的时间跨度中完成的。而今，大气中二氧化碳的水平会在两三百年的时间跨度中飞快地增长，这样一来，由于海水极为迅速地吸收温室气体，海洋酸化就没有时间转移到海水深处了，即使在海洋接近表层的地方，有孔虫也很难幸免了，而海洋表层有孔虫的丧失又将沉重地打击整个海洋食物链，接下来，又一个“灭绝事件”便在所难免了。

也许几千年或者更长一段时间后，这次事件会在地层中留下痕迹，就像5600万年前的那次“灭绝事件”一样，然而这次的“痕迹”是人类的活动造成的，这便是主张地球进入“人类世”这一观点的科学家们所提出的理由。

不过反对的声音也是同样存在的。有科学家认为，尽管人类在深刻地影响着地球，但人类的情况并非是独一无二的。以植物为例，植物释放氧气，更彻底地改变了陆地、大气和水，但人们并没有在地质年代中命名一个“植物世”。

其实，人类行为给地球带来冲击并不只表现于工业革命以后，而是贯穿了整个人类社会，大约开始于5万年前。人们注意到，有好几百种动物和鸟类的消失都与人类的活动有关。对古生物化石的研究也表明，澳大利亚、马达加斯加和北美大陆的一些大型动物的灭绝也与人类的出现存在关联。有人认为，地球正在经历一次生物大灭绝，这是生命史上的第六次大灭绝，它就肇因于人类的到来。

所以，尽管地球是否进入了“人类世”在目前还是一个正在争论的问题，但科学家们都同意，这个词的出现是有警示作用的，它在告诫人们，人类是到了约束自己行为的时候了。

【责任编辑】庞  云