生命消失后,地球会怎样?

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如果生命——所有的生命——在突然之间全部消失,我们这颗星球会发生怎样的变化?图片来源:《新科学家》

(文/Bob Holmes)末日可以有很多种。有可能轰轰烈烈,比如邻近的一颗超新星爆发,将致命的伽马线喷洒到地球上;也可能默默无声,比如出现一种超级病毒,能够杀死所有的生物细胞。这两种情形出现的可能性都微乎其微,却也无法完全排除。不过,对它们的思考引出了另一个有趣的问题:如果所有的生命明天全部死亡,地球将会怎样?

变化之剧烈,会超出你的想象。生命绝不仅仅是这颗星球物理结构之上的一层无关紧要的“感染”。从气候及大气化学,到地貌乃至板块构造的形成,在大量看似与生命无关的过程中,活的有机体都扮演了重要的角色。

“生命在各处都留下了印记——它确实已经改变了整个星球,”加拿大不列颠哥伦比亚省维多利亚大学的地球系统科学家柯林·戈德布拉特(Colin Goldblatt)说,“如果你除掉生命,什么会发生变化?答案是,一切。”

那么仅仅为了消遣,让我们假定最坏的事情已经发生,地球上所有的生物——动物、植物、海洋中的藻类,甚至生活在地壳内部数千米深处的细菌——都死亡了。所有的生命,俱往矣。之后会发生什么事情呢?

事实上,首先应当指出的是,什么事情不会发生。今天出现在死亡有机体身上的快速降解将不复存在,因为腐败几乎完全是由细菌和真菌造成的。降解还是会发生,但原因变成了有机分子与氧气发生反应,因而非常缓慢。大部分尸体会变成干尸,有一些会在闪电引起的火中灰飞烟灭。

当然,大灭绝造成的影响还是会很快开始显现:气候变得更加炎热干燥,尤其是大陆的中心地带。这是因为森林和草原起到了大型水泵的作用。它们从土壤中抽出水分释放到空气中。美国加利福尼亚州斯坦福大学卡内基学院的气候学家肯·卡德拉(Ken Caldeira)说,没有了活着的植物,泵吸过程停止,降水量会在一周内减少。

植物叶片上的蒸腾作用也有助于为这颗星球降温,就好像树木在出汗一样。因此,一个更加干燥的世界也会很快炎热起来。卡德拉说:“我猜温度会升高好几度。”

在世界上的一些地区,这种影响可能会显著得多。比如,亚马逊流域就严重依赖植物释放的水蒸气来保持降水。德国马普学会生物地球化学研究所的地球科学家阿克塞尔•克莱登(Axel Kleidon)说,失去植物之后,这样的区域会急剧升温——升幅可达8℃。

这还只是开始。年复一年,随着越来越多的二氧化碳溜进大气,地球将会继续变暖。这主要是由于,海洋中不再有浮游生物将碳存储到自己体内,又在死后沉入洋底。美国宾夕法尼亚州立大学的地球科学家詹姆斯·卡斯廷(James Kasting)说,这种“生物碳抽送泵”停止后,原本被抽空了碳的表层水,迅速与富碳的深层水达到碳平衡,这些多出来的碳有一些就会跑到大气中。结果便是短短20年内,大气中的二氧化碳便能够差不多增长到原来的3倍——这足以使全球平均温度升高大约5℃。

浮游生物的缺失还会造成另一种后果,因为它们原本会将大量名为二甲基硫的成分释放到海洋上空的大气中。这些分子在水蒸气凝聚成云的过程中起到了种子的作用,尤其是帮助热量从地球表面辐射出去的低空致密云团。卡德拉说,失去浮游生物之后,海洋上空形成的云蕴含的水珠几乎立刻就会变大,因此云色变得更加阴沉,吸收的热量也更多。这将在几年至几十年间,使气温再升高2℃。加上二氧化碳浓度升高造成的5℃度升温,足以急剧增大极地冰盖的消融速度。

随着全球气温升高,更多的水从海洋中蒸发,因此降雨量会增大。但不是所有地方都会变得更加潮湿。多出来的雨量仍旧会落在今天的多雨地区,也就是风向汇集而使空气抬升冷却,令水蒸气凝结成云的赤道地区。潮湿的地方会更加潮湿,沙漠则更加干燥——只是不会再有任何生物在乎了。

衣衫除尽

在上述事情发生的同时,地球最终还将失去土壤。没有了植物根系的固定作用,土壤会被冲刷掉。在多雨的山区环境中,这将耗时几个世纪。地势平缓的地区则要花费长得多的时间。美国加利福尼亚大学巴克利分校的地貌学家威廉·迪特里希(William Dietrich)说,在亚马逊流域这样的地方,可能要历经几万年,土壤才会被彻底冲走。

所有这些被剥离的土壤都必须有个去处。大部分将被河流携带到幅员辽阔了许多的三角洲和冲积扇,在那里进入最终的归宿——海洋。

河流也会发生变化。有赖于植物的根系延缓河岸遭受的侵蚀,我们今天熟知的河流形态是深而蜿蜒的,河水不会在地表漫延。美国西雅图市华盛顿大学的地理学家彼得·沃德(Peter Ward)说,这些根系消失之后,水流会开始切蚀河岸,由一条主要的水道演变成一组交织成网的溪流,就像如今在沙漠里或者冰川底部看到的景象一样。这样的事情曾经发生过:2.5亿年前的二叠纪大灭绝期间,河流突然间由蜿蜒曲折变成了洋洋洒洒。

生命消失之后,水流会开始切蚀河岸,由一条主要的水道,演变成一组交织成网的溪流。图片来源:《新科学家》

随着土壤的消失,世界的沙漠化也会更加严重。今天司空见惯的精细黏土沉积物,大体上都是蚯蚓和其他有机体对土壤进行物理分解的副产品。没有了这些生物,分解基岩的机制将只剩下冰融爆裂和风蚀,因此碎片将稀少而粗大。

这种看似微不足道的尺寸变化,经过几十万年的累计,将造成两个重大后果。最容易看到的是地貌的改变。更大的石块在溪流与江河中产生更加粗粝的沉积物。经年累月之后,入海的水道以及谷坡越来越陡峭。美国科罗拉多大学博尔德分校的地理学家彼得·莫尔纳(Peter Molnar)说,“很容易想象得到,你会见到更加崎岖的地貌。”

排水模式的变化也会加剧这种水流切蚀作用。尽管内陆地区的雨雪可能会减少,但失去了保持水分的土壤,任何一点降水都只能以短暂洪水的方式排掉。美国麻省理工学院的地貌学家泰勒·佩容(Taylor Perron)说,由于大多数侵蚀发生在洪流中,这可能意味着一些地区的河流对基岩的切割比今日更深,尽管它们携带的平均水量会减少。

不过在其他地方,切蚀河谷最有效率的力量——雨雪和冰川的减少可能会减缓侵蚀。别管总体上侵蚀速率的天平倾向哪边,由于改变了造山运动与侵蚀之间的平衡,几百万年之后,山脉的高度和形状终归要发生变化。迪特里希说:“树木对山峦的重要性,并不是过于风花雪月的话题。”

这些变化仍旧是相对比较细微的。正如火星表面的照片清楚展现的那样,一个没有生命的世界对我们来说并非全然陌生。“你瞧着那些照片就会想,嗯,跟亚利桑那和新墨西哥差不了多少,” 迪特里希说,“石头很多,土壤很少,但不至于像是外星球。”

等你看过温度计就不会这么想了,这是因为风化和沉积颗粒尺寸的增大会降低岩石的化学风化率——这是地球气候调节过程中一项重要的反馈,由此将对气候造成令人惊讶的巨大改变。化学风化是指硅酸盐与二氧化碳发生反应生成碳酸盐化合物。这些碳酸盐最终会来到洋底,在那里碳被固定到石灰岩中。生物将基岩分解为精细的颗粒,便会增大岩石的总表面积,因而加速了化学风化。

美国华盛顿霍华德大学的生物地球化学家戴维·施瓦兹曼(David Schwartzman)说,到底加速了多少尚有待定论,不过少量证据表明,生物将风化率提高了10至100倍。化学风化减弱之后,大气中的二氧化碳含量会升高,直到风化率达到新的平衡。施瓦兹曼估计,经过一个大约100万年的过程,二氧化碳增多将使平均气温从今天的14℃上下提升到50甚至60℃。这样的气温足以轻易融掉所有的冰盖。

氧气消失

二氧化碳积累的同时,氧气将消失。早期的地球中几乎没有氧气分子。这种气体过于活跃,如果没有稳定的补充便会消耗干净。距今大约26亿至30亿年前,光合作用开始生成氧气,之后氧气在大气中才越来越多。生物死亡之后,氧气会逐步消失。美国华盛顿大学的行星学家戴维·卡特林(David Catling)说,大约1000万年之内,大气中的氧气含量将不足现在的1%。

这么低的氧气含量不足以保持臭氧层。失去了这层保护伞,地球表面便要遭受紫外线的持续轰击。卡特林说:“紫外线成灾的状况将在1000万至2000万年之后出现。”

失去氧气还会使这颗星球更加单调。富铁的岩石不会再氧化成为人所熟知的微红色。卡斯廷说:“地表上的灰色会越来越多。”不过亮点也是有的。黄铁矿和沥青铀矿等闪闪发亮的矿物,需要贫氧环境才能形成。它们在早期的地球上曾经很常见,氧气消失之后也将继续形成。

没有氧气却富含二氧化碳的大气,大陆表面裸露的基岩,时隔几十亿年再次开始形成的矿物——对地球科学家来说,所有这些听起来都熟悉得堪称怪异。卡德拉说:“如果你除掉生命,等待1亿年,我猜这颗星球看上去会像是从来没有过生命一样。”其他人也表达过同感。

没有生命的地球,在1亿年之后,可能会变成另一颗金星,完全无法生存。看不清?请点击查看大图。图片来源:《新科学家》

不过,地球无生命的未来与其无生命的过往,有一点重要区别。地球刚刚形成时,太阳比现在暗淡大约30%,之后一直在慢慢变亮,因此早期地球大气中充足的二氧化碳有着防止地球被冻成一团的好处。在现代炎热得多的太阳的照耀下,二氧化碳更有可能将地球环境推向极端。

事实上,戈德布拉特认为,失去生命将完全打破气候平衡。一些模型表明,如果气温达到了一定的高度,大气中增加的湿度就会引发失控的温室效应,由此升高的气温会使大气中含有更多的水蒸气——这是一种很有效率的温室气体——反过来又令气温在恶性循环中进一步升高。他说:“有理由认为,今天的地球可能已经逼近了这个阈值。”

人类造成的气候变化似乎不足以将我们带到那种境地,戈德布拉特强调。“我们探讨的是宏大得多的变化。不过我们不知好歹地游戏了几百万年,因此我认为,我们面临失控的温室效应还是很有可能的。”在极端情况下,气温足以升高到将海洋蒸发干净,因此,这颗星球的表面温度最终可能会超过1000℃。他说:“失去生命后的地球是什么样子,这个问题的答案很可能就是——金星。”

另外一些模型没那么悲观——如果讨论几亿年之后某件推测性事件时用这个词合适的话。英国埃克塞特大学的气候模型专家彼得·考克斯(Peter Cox)说,金星成为今天这样的火炉,或许是因为它的板块运动在其演化早期便停止了。他认为,板块运动仍然活跃的地球会继续通过地壳的隐没将碳埋起来,使大量二氧化碳无法进入大气,从而避免一场失控的温室效应。

不过这种观点也面临着潜在的问题,因为生命消亡之后,地壳的隐没可能会减慢。没有生命,在隐没区润滑板块运动的精细粘土颗粒就会大为减少。美国加利福尼亚州斯坦福大学的地球物理学家诺姆·斯利普(Norm Sleep)说,这足以减缓甚至止住板块运动。

看起来,对一个没有生机的地球做出的长期预测,不足以令人欣慰。失去了生物圈,地球看起来或许不至于彻底改头换面,但是它的环境可能会恶劣得多:更炎热、更崎岖,辐射无处不在,降水不是太多就是太少。长此以往,地球最终可能会变成一个完全无法居住的地方。

当然,除非发生一些不同寻常的事情。没人确切了解生命是如何起源的,但有一点似乎很明确:地球冷却到能够供养生命之后仅仅几亿年,生命便诞生了。灭绝事件发生后,同样的事情可能会迅速重演。毕竟,大气中不利于前生物化学反应的氧气会消失殆尽,有机分子则分布得广泛而充裕。最棒的一点是,不会有已经存在的生命吞食掉这些先验性的步骤——对于地球的第二次创世来说,这本会是一个拦路虎。

事实上,一个寸草不生从零开始的地球,也许是未来全新的生命形式能够期盼的最好的礼物。

 

编译自:《新科学家》,Lifeless Earth: What if everything died out tomorrow?

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