下一次生物大灭绝事件,核战争引发核冬天导致生物灭绝

地球发生过多次生物大灭绝及其原因

18和19世纪人类最有趣的发现之一就是,曾在地球上一度繁衍生长的许多种动植物如今已销声匿迹了。埋藏在距今几百万年乃至几十亿年的地层中的化石证实了这些物种的存在。达尔文的进化论对此首先作了阐释。他认为,这些物种的逐渐绝灭是因为在不停的生存竞争中,它们对于环境的适应能力劣于它们的竞争对手。我们现在已得知,自然历史上曾有过几次沧海桑田的大变动。在这些变动期间,大量的动植物种在一个较短的时间内就灭绝了

由于地球已有46亿年的历史,所以在地质学家和古生物学家眼里,100万年是相当短暂的一段时间。这些毁灭事件中最著名的要算发生在距今6500万年前的白垩纪末期的那一次。当时,长期占据地球统治地位的恐龙绝灭了。恐龙对地球的统治达2亿年之久,它可以称得上是迄今在地球上生活过的最有成就的动物了。现在看来,人类生存2亿年的前景尚未可乐观

在以往7亿多年的自然历史过程中,为人们所知的大的生物毁灭事件就有九次

最早的一次发生在大约6.5亿年前,即地质学家称之为寒武纪的晚期。那时动物种类还相当稀少,许多属于疑源类(始先类),一种生活在海洋中的单细胞生物的种类灭亡了。它们的消失正好是在地球上许多地区被冰川覆盖的时期

大约在5.3亿年前,三叶虫——一种生活在海底的甲壳纲动物在长达500万年的时间里连续三次遭到毁灭性的打击,每次持续的时间不超过5000年。大约就是在这个时候,最初的鱼类开始进化。4亿年前的那场大规模毁灭事件导致了100种海洋生物的毁灭,三叶虫也是牺牲品之一。石灰岩礁的早期建造者——原始珊瑚虫和海绵——在这次突然打击之后再未完全复苏。与此同时其它许多热带海洋生物种群也默然消失了。这大约是脊椎动物首批降生陆地之时

其余的生物毁灭事件分别发生在2.5亿年前的古生代末期和1.4亿年前的三迭纪末期。当时,最早的哺乳动物在地球上刚刚露面。接着就是6500万年前恐龙与它的许多同时代伙伴一起灭绝的事件,据估计当时活着的生物属种中大约有一半左右在这次事件中死亡,尽管这一次陆地植物和哺乳动物几乎未受到影响

距今最近的一次生物灭绝事件发生于4000万年前,它严重地影响到浮游生物和贝壳动物等物种的生存。人们已经证实这次物种灭绝与海洋冷却有关

造成历史上这些生物毁灭事件的原因何在呢?这至今是科学家们争论不休的话题。关于恐龙的绝种更是众说纷纭。到目前为止最有说服力的解释只有两种。这两种解释与核冬天的假说显然都有联系

第一种解释是:在距今6500万年和3.7亿年前发生的两次毁灭事件中,都发现了罕见的高浓度的重元素铱。这个发现的重大意义在于,在通常情况下,铱在地球岩石中含量甚微,而在陨石中含量丰富(人们确信这些陨石是来自彗星的碎片)

人们发现,当时存在的高浓度铱是通常情况下地球岩石铱含量的20倍,而且集中在一个非常狭窄的地层中。这说明它们是在历史上一个相应的短时期内沉积下来的。加州伯克利大学的路易斯和沃尔特·阿尔瓦雷斯认为,高浓度铱的出现和生物大量灭绝的原因就在于小行星或彗星与地球发生的碰撞

在此也许我应当首先涉及一下有关彗星、小行星和陨星的知识

彗星实际是由岩石和冰块组成的庞大聚合物。它们大多数活动于远在冥王星轨道之外的一团环绕太阳系的巨大云雾中。只有少数几个发生偏离而进入接近太阳和地球的轨道。当它们接近太阳时,自身所携带的气体和尘埃在太阳风的压力下离开彗头形成壮观的彗尾,彗星由此而得名。当这些彗星沿着其扁长的轨道作环绕运行时,在它的身后拖着一条由碎石组成的尾巴。地球若是闯进这条尾巴,或是这条尾巴扫过地球的大气层时,彗星的碎片就会燃烧起来,于是人们就看到闪烁即逝的流星,而那些轰然堕地的天外乘客就是陨星

小行星则是一些不规则的块状岩石,其大小从一英里到数百英里不等。小行星大多存在于火星和木星之间的一围条带之中,它们的形成可能是由于某个行星的自身爆炸或是尚未成形所致,但是它们当中也有一些像进入太阳系的彗星一样沿着接近太阳的轨道运行。人们把这些横跨地球轨道而环绕太阳飞行的小行星称之为“阿波罗”行星

“阿波罗”行星受到我们人类的特别关注,因为它们中的一位曾偶然光顾过地球。月球上的巨大环形山就是“阿波罗”行星撞击的结果。如果不是风化和地壳运动的作用,地球也业已被这些类似的陨石坑所覆盖

1983年,红外照相天文卫星发现了一颗新的“阿波罗”行星,它的运行轨道与导致双子星座流星雨的那颗彗星的轨道是重合的。这一发现证明了长期以来的一个观点,即 “阿波罗”小行星实际上就是失去了全部冰块和尘埃的彗头,因此当它们接近太阳时就不再有彗尾形成

阿尔瓦雷斯夫妇认为, 无论是地球含有高浓度的铱,还是6500万年前恐龙的灭绝,都是由“阿波罗”小行星或失去活力的彗核引起的。具体地说,就是一颗直径为6英里的小行星在与地球发生碰撞时把相当于它体积60倍的岩石粉末抛射到大气层中,其中很小一部分——恐怕有10亿吨重的粉尘——曾在高度为10英里或10英里以上的地方进入大气同温层,并在同温层滞留数年之久,逐渐蔓延至整个地球上空,由此造成黑暗并抑制光合作用的正常进行,从而使得陆生植物、浮游生物以及以植物为食的动物出现大范围的死亡

对大规模生物灭绝原因的第二种解释是,海洋的冷却在其中扮演了重要角色。特别是当生物的毁灭集中发生在热带海生物种头上时,这个解释就越发可信。须知海洋一旦变冷,生活在热带海洋中的动植物便无处迁栖。按照阿尔瓦雷斯小行星毁灭理论的假设,地球的急剧变冷是巨大的尘埃云所造成的结果之一。然而,费城约翰·霍普金斯大学的史蒂文·斯坦利(他用收集到的大量事实证明,在几次重要灾变中,海洋冷却是一个重要因素)却争辩说,有好几个物种从自然界舞台上消失的时间是在恐龙濒于灭亡的6500万年前,比铱沉积的地质年代要早得多,而铱在地层中的积淀一直被认为是小行星撞击地球的标记

另外有证据表明,还有一些物种是逐渐消失的,其过程有的持续了200万年乃至更长的时间。只有当这些疑问得到合理解释之后,小行星毁灭理论才能够最终成立。然而,不管怎么说,关于在自然历史上曾经有过多次生物毁灭的灾变的事实则是无可置疑的

地球冰期是怎么回事

大约在1万年前,我们的祖先——也就是在6500万年前渡过劫难的一支小鼠类动物的后代——在最后的一次冰期中幸存了下来。这些曾经数度覆盖地球表层的冰期是由地球年平均温度发生了几度的变化所引起的

在以往的100万年中,这样的冰期大约发生过10次,几乎每10万年左右就来一次,它发生的规律性实在令人吃惊

距我们最近的一次冰期大约在1.8万年前进入盛期。当时,冰层覆盖了欧洲和北美的绝大部分地区。通过对海洋沉积物中氧的同位素含量的丰度进行测定,就能够对以往不同时期出现于地球的冰川时代作出判断。在通常情况下,水中所含的氧是氧16,它的原子按里分别有8个质子和中子。而氧的另一种同位素氧18的原子核里则有8个质子和10个中子,而氧18这种类型通常只占地球含氧量的千分之几。这两类氧的化学性质几乎是—样的,但由于氧18稍重一些,因而当水蒸发时,易于留存下来。当冰期来临时,海洋里的一部分水蒸发到天空变成雨雪落到地面,带走了大量的氧,致使海洋里的氧18含量增多

因此,海洋沉积物中氧18浓缩物的变化就为人们勾勒出了一幅冰盖形成的自然历史图画。氧18的变化情况表明冰川形成的历史具有某种引人注目的周期率

地球的冰期每隔不同的时期重复出现,其间隔期分别为10万年、4.3万年、2.4万年和1.9万年。对这种周期性变化的解释既简单又出人意料。它是由南斯拉夫天文学家米留丁·米兰科维奇在本世纪前半叶首先提出的。当地球环绕太阳运转时,地球上出现了从冬到夏这种周而复始的季节变化。这是因为地球自转轴线与地球轨道平面的夹角并不是恰成直角,而是成23.5度的斜角。因此,当北半球夏季来临时,太阳处在天空中较高的位置,日照时间长,我们接受的热量就多些;同此道理,冬季太阳在天空中的位置偏低,日照时间短,气温也就相对的冷一些。如果地球自转轴线不成斜角,情况就非如此

关于引起地球热量变化原因的更精巧的解释是,地球公转的轨道并不是一个正圆形,而是一个椭圆形。椭圆形与正圆形的度数差用一个数值来表示,叫做偏心率。地球的轨道是椭圆形,加上太阳处在中心位置,这就意味着地球轨道上有一点距离太阳最近,我们称之为近日点。地球运行到近日点的时间是每年的1月

现在我们已经得知,由于月球和其它行星引力作用的结果,地球自转轴的倾斜度、地球公转轨道的偏心率、以及到达近日点的时间,这三者都在随时间发生缓慢的变化。偏心率的变化是每10万年一次,地轴倾斜度是每4万年一次,近日点变化要复杂一些, 它在每隔2.3万年和1.9万年之间交替。因此,米兰科维奇的理论回答了氧18含量的丰度所表明的冰川形成具有周期性的原因,因而也回答了冰川覆盖量的问题。冰川覆盖量取决于夏天气温处于0℃以下的地区的面积,因为只有这样,冰盖才能年复一年地堆积起来

冰川对地球生命的危害不像上一节所提到的那些远古时代的巨大毁灭事件那样厉害。因为地球的冷却和冰盖的扩大都是缓慢进行的,这使得绝大多数物种来得及寻找它们理想的栖息地。即使如此,我们还是发现,在冰期到来时,物种的灭绝率同样达到了高峰,尤其是热带物种,它们陷入了走投无路的境地,例如加勒比海地区的物种就找不到更为温暖的地方

坦博腊火山大喷发和1816年夏季的消失

1815年4月10日和11日,印度尼西亚的松巴哇岛上发生了历史记载中最大的一次火山喷发。在火山喷发之前,岛上的坦博腊火山约高1.4万英尺(4270米)。喷发时,火山上部的三分之一被掀入空中,随后出现了灾难性的后果。在松巴哇和毗邻的龙目岛上至少有8.8万人丧生。隆隆巨响在2000英里以外都能听见,火山灰漂落到1000英里远的地方。在这次喷发中,总共约有100立方英里容积的火山灰被抛射到大气层中,在方圆300英里的范围内,到中午时分天空仍是一片漆黑,这种状况持续了一两天

这次喷发比1883年著名的爪哇岛喀拉喀托火山喷发还要猛烈3~10倍。尽管这次喷发本身就其程度而言已非常猛烈,但它对地球其它地区造成的后果从某些方面来讲则更为强烈。火山爆发形成的烟柱高约10~20英里,一直进入大气层的最高层——同温层 小颗粒的火山灰形成了一片巨大的烟云,逐渐在地球上空扩散开来,并在空中滞留了两年之久。人们已从好几个方面感到了这股烟云的影响

在1815年秋季,英国人常常能够看到持续时间很长的暗红色的黄昏和黎明。在1816年的春季和夏季,有报道说美国东北部出现了持续不断、风雨都无法驱散的“干雾”

据纽约报纸报道,这种干雾使太阳光急剧变红并减弱,以致于用肉眼就能看见太阳黑子。1816年6月9日和10日发生了月蚀,尽管在伊普斯威奇、伦敦和德累斯顿的观测条件毫无阻碍,但人们发现整个月亮完全消失了;而在往常,由于大气层折射和散射阳光的作用,月亮在月蚀期间也能显现出微弱的暗红色光亮

在这次火山喷发两年以后,即1817年9月19日,正在英国进行访问的法国天文学家杜宾在日落后3小时在格拉斯哥天文台观察极光时发现,尽管人们头顶上的天空晴朗无云,天空下半部却莫名奇妙地呈现为一片朦胧,通常用肉眼就能观察到的星星,这时“要费力”搜寻才能看到。因此,由坦博腊火山爆发所形成的弥漫于地球同温层的灰幔,仅在3个月之内就从赤道偏南的印度尼西亚逐渐蔓延到英国上空 灰幔造成的后果可以通过阳光减弱系数来加以测量

来自纽约国家航空和航天局戈达德宇宙研究所的理查德·斯多热思在1984年6月15日的《科学》杂志上撰文,精彩地描绘了坦博腊火山喷发的情况。他在这篇文章中估计,在 1815 年9月,北纬地区阳光减弱,最高系数只有正常阳光的25%。到1816年夏季,这一系数仍然只有正常光照的40%

还有一种方法可以对坦博腊火山烟尘中所含物质数量进行测量。众所周知,构成火山灰幔的两种主要成分,一是来自岩石粉末的硅酸盐灰粒,另一个是火山排放的硫磺所形成的硫酸液滴

目前,对格陵兰岛冰帽的研究表明,人们已能够对那里每年积存下来的冰层加以辨认和分析,就像观察树木的年轮一样。在18 15至1818年的格陵兰岛冰层中,其所含的酸度大大超过了正常含量,据认为,它是由于坦博腊火山烟尘中的硫酸微粒落到岛上造成的。用同种方法估算,人们认为坦博腊火山灰幔中所含的硫酸总量大约为2亿吨,这个数字恰好与那段时期阳光减弱的系数相符

火山烟云造成的影响不仅见诸于对太阳、月亮和星辰的观察,而且,1816年作为“无夏之年”在欧洲和北美已成为家喻户晓之事。耶鲁大学历届校长自1779年以来保存了一套康涅狄格州纽黑文市的气象记录,它记载着1816年6月是该城70多年来最冷的一个6月,当月的平均气温比平常的6月要低5℃(9F)。那一年,英国的兰开夏郡出现了一个最冷的7月。在瑞士日内瓦,整个夏天总的说来是1753到1960年200 多年记录中温度最低的夏季。据瑞土气象台提供的数字表明,1816年6至8月的月平均气温要比1761至1810年和1 821至1870年两个时期同期的月平均温度低3℃(5F)

在新英格兰,玉米大部无收,干草产量锐减,由此而造成的严重困难使这一年蒙上了一层宿命论的神秘色彩,在当时流行的民间传说中,一千八百年成了某种不吉利的象征。似乎在这一时期,人类命运要遭到由寒冷造成的死亡威胁

从6月6日到6月11日三次反常的寒流侵袭了新英格兰,当时地上留下了3~6英寸厚的雪,7月9日、8月21日和30日,那里又遭到了霜冻的灾害,除少数最耐寒的谷物和蔬菜品种外,绝大多数农作物都被冻死。寒冷在加拿大更为肆虐,连小麦也难逃厄运。美国的情况稍好一些,因而小麦幸免于难

加拿大哈利法克斯《每周纪事》说:

“魁北克省的许多郊区都在为食品匮乏而痛苦忧伤。在每年的这个季节里,面包和牛奶是贫苦阶层的主要食物,但此时他们中的许多人却得不到面包。”

在北美大陆,小麦和干草的价格飞涨。在欧洲,反常的夏季所造成的后果更糟,因为它刚刚经历了拿破仑战争的腥风苦雨。在瑞士,试图重新播种夏小麦的努力因种子不足而受挫。到了年残岁尾,粮食短缺的形势更为严峻,尤其是在城里,所有能吃的都吃了,如浆果、地衣和猫肉,还有人专门指导居民辨认无毒的植物

在法国的普瓦蒂埃,一项与小麦有关的征税引起了一场骚乱。沿卢瓦尔河谷向城镇运粮的车队必须由军警护送,因为前来枪粮的饥饿和愤怒的人群竟达2000人之多

上述历史轶闻见诸于亨利和伊丽莎白·斯托麦尔发表在《科学美国人》杂志1979年6月号上的一篇饶有趣味的文章中。这个“失去的夏季”在文学作品中也找到了佐证

1816年7月,刚刚离开英国并再也没有回去的诗人拜仑恰好也在日内瓦。他在那里写了一首题名为“黑暗”的著名诗篇。长期以来, 这首诗一直为我所喜爱。它描绘了陷入黑暗与寒冷的世界末日的景象,正像安托尼·鲁道夫在他的小册子《拜仑的<黑暗>:失去的夏日与核冬天》里所坚持认为的那样,它使人不能不相信这首诗的确是诗人有感于那年夏天的消失所作。这首诗可以作为核冬天的一篇寒冷的预报来读。它开头的几行是这样写的:

我做了一个梦,又不全是梦;
明媚的太阳突然无影无踪,
黯然失色的群星在漆黑的茫茫宇宙中游荡,
冰冷昏暗的地球虚悬在没有月色的天空
黎明来而复去,
白昼从不降临;
人们在恐惧和孤寂中冷漠无情,
亿万颗凄凉的心都在为自己祈祷光明

地球生命的新危机——核冬天

我们现在都已清楚,地球上的生命曾经历过多次危机,而每次危机的发生都毁灭了大量的物种。今天,人类杰出的创造力与低下理智的混合物又把我们带到一个新危机的边缘。当今世界核武库已极度膨胀,以致两个超级大国之间如果爆发一场核战争,其杀伤和毁灭力将远不止影响到格斗双方及其盟国。核爆炸掀起的尘埃和继之而来的熊熊大火产生的浓烟,也将在地球上空形成一片烟尘,其影响将使坦博腊火山喷发造成的后果相形见绌

科学家们确信,阳光的衰减连同随之而来的气温下降将会造成许多动植物种类的死亡,在最坏的条件下,人类能否继续生存也很难预料

核冬天的效应是怎样被发现的?为什么长期以来一直被人们所忽略?对于核战争的后果迄今已有许多详细的研究。美国国家科学院1975年的一份报告认为,在一场核战争之后,不会出现长期的危害性气候或对生物的不利影响。但到1983年,西德美因茨马克斯-普兰克化学研究所的保罗·克鲁岑和美国科罗拉多州立大学的约翰·伯克斯在瑞典《安比欧》环境杂志上公布了一项很有意思的研究成果。他们一开始就着手研究核爆炸对地球大气层上空臭氧层可能发生的破坏程度

臭氧是氧的一种形态,它有3个氧原子,而不是通常氧分子所含的2个氧原子。臭氧层对于地球生命有着至关重要的作用,太阳紫外线的有害辐射正是通过它来吸收的。在从事这项研究的同时,他们决定对核战争可能引起的大火浓烟量进行估算,其结果使他们非常惊讶,因为将有数亿吨浓烟进入大气层,这将足以遮断阳光对整个地球的照射

与此同时,另一组科学家已在研究被核爆炸掀入到大气层中的尘埃的影响。这些人分别是,在加利福尼亚州马丽那德雷从事大气研究并担任科研项目负责人的科学家理查德·特科;在加州国家航空和航天局艾姆斯研究中心从事研究的科学家布赖恩·图恩、托马斯·阿克曼和詹姆斯·波拉克;以及担任康奈尔大学行星研究室主任的卡尔·萨根。这5个人就是著名的TTAPS小组的成员,该名称是由他们5人姓氏的头一个字母组成的。该小组原来研究的课题是火星尘暴造成的影响。他们在“水手9号”飞船执行任务时得到了第一手资料。这艘飞船在一场蔚为壮观的尘暴席卷火星时飞抵那里,拍摄了大量照片。接着,他们把注意力转向地球大气同温层中的坦博腊火山灰幔及它对地球气候的影响 正当他们在对一场核战争后的尘埃量进行测算时,他们听说了保罗·克鲁岑和约翰·伯克斯对浓烟量的研究结果,于是决定把浓烟量也计算进去。两项加在一起的后果是引人注目的,它将造成阳光的严重衰减,持续时间可达数周乃至数月,使地面平均温度大幅度地下降

1983年4月,来自美国和其它国家的大约100位科学家聚会在马萨谙塞州坎布里奇(哈佛大学所在地),对TTAPS小组的研究成果进行审议,并为这一年晚些时候在华盛顿召开有关核战争后果的大型讨论会进行筹备。由物理学家组成的小组首先对TTAPS小组的报告进行了仔细推敲,然后将研究结果送交一批著名生物学家。生物学家得出的结论令人震惊:

在TTAPS小组描述的情况下,地球的动植物将出现大范围的死亡,人类能否幸存下来尚无保证

1983年10月31日,在首都华盛顿召开了“核战争以后的世界——关于核战争带来的长期的全球性生物学后果讨论会”,有500名代表和100名新闻记者与会。与会代表中有科学家、来自20多个国家的外交使节和官员、以及来自美国各地的政府官员、教育学家、环境问题专家、企业界领导人、外交政策制定者和军界头面人物

会议还安排了一个90分钟的电视节目,与由著名的苏联科学家组成的小组进行电视对话。苏联人的研究结果证实了美国科学家的观点。在这个划时代的华盛顿会议之后,又有许多详细的研究工作证实了TTAPS小组的计算结果是正确的,地球上的生命正面临着核冬天的严重威胁。那么,我们不禁要问,这是不是不久就会被人们遗忘的另一场恐慌呢?

诚然,近年来已有不少关于世界末日到来的描述。例如,有人写道,由于人类的活动,特别是砍伐和烧毁热带雨林,大气中的二氧化碳含量不断上升,这种情况正在把我们带进一个新的冰川时期

又如,喷雾罐的气雾剂即将破坏地球大气中的臭氧层,使我们遭受到无法忍受的太阳紫外线的辐射

再如,人口激增和石油资源的枯竭将导致全球性的经济崩溃,DDT和其它农药以及工业用化学制品的使用将引起陆地、海洋和天空中许多物种的灭绝

本世纪我们遇到的情景与15世纪末颇有些相似之处。那时随着公元1500年的日益迫近,人们通过启示文学形式作出种种设想。例抵列昂纳多·达·芬奇曾经创作了不少以洪水泛滥为主题的富有能力的作品。也许等公元2000年过去之后,当前这种热衷于世界末日议论的时髦气氛才会淡化

由戈登、拉特雷·泰写于1970年的《世界末日书》就是这类作品的代表作,我刚才提到的以及其它一些有关世界末日的设想在这本书里都有涉及

然而,事实是,这些可怕的预言迄今没有一个言中。就某些预言来说,例如喷雾罐的气雾剂对臭氧层的破坏完全不像人们所担心的那样糟。至于二氧化碳增多的问题,一些气候学家认为,空气中二氧化碳浓度由于人类活动的日益增加对于防止冰期再度降临反而有受人欢迎的一面。另一些关于世界末日的预言之所以未得到证实是因为人类采取了强有力的防范措施,例如中国人口的激增,由于政府立法和普及人口教育已得到了控制。工业用化学品的危险副作用一经发现,立即被取消上市。世界性的石油危机已导致人们竭力开发绝热材料和寻找其它措施以减少石油的消耗

同样,在核冬天的危害性问题上,人们的预言也未得到认同,这还需要科学家在几年的时间内对核冬天的真实景象作进一步的研究。一旦核冬天的预言得到确认,它在人类社会中引起的巨大恐慌只有当人们采取最坚决的行动削减以至最终销毁核武器,才能得到解除

第一章 走向毁灭的边缘书名:《火与冰——核冬天》

作者:迈克尔·罗文—罗宾森

作者国籍:英国

上传时间:2002年2月

http://www.oursci.org/archive/lib/NuclearWinter/01.htm

2009-03-07


海云青飞,生命进化规律破解者
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