地球的力量——海洋

科学世界

我们的星球——地球，一个伟大壮丽，变幻无穷的世界，充满了大自然的奇迹。但这并不是地球最美妙之处，我们的星球在太阳系中独一无二，甚至在宇宙中也绝无同类。

这里要向大家介绍大海的力量。只有亲身来到这里，你才会完全体会到大海的浩瀚。地球四分之三被水覆盖着，所以我们称之为蓝色的星球。水是地球区别于太阳系其他星球的一个特征。它遍布整个地球表面，改变了我们的世界。

海洋已经存在约40亿年了，它雕刻着海岸线，改变着气候变化，控制着生命本身的命运。

海浪不仅仅是带泡沫的白色水体，也是理解大海伟大作用的关键。正是因为大海与众不同的能力，带动了星球上的能量。

即使最大的浪也来自远方，常常是一阵微风引起的。首先不过是几个涟漪，这些涟漪就像是风帆捕捉着强大的风力。慢慢地涟漪渐渐变大，变成了海洋深处的涌动。

但是，这不是水在移动，不过是能量。一个冲浪者站在板上，等待着捕捉海浪，奇怪的是:海浪向后推动，冲浪者却没有跟着向后。海浪只是涌过来，拱起水面，冲浪者跟着上上下下，实际上海洋只是在传送海浪的能量。这种能量运动非常高效。如果没有陆地挡住去路，它可能永远进行下去。浪尖一往无前，直到发生不可避免的现象，浪尖翻转形成了碎浪。最大的浪拍打下来，力量可以达到4吨，拍打在你的胸膛上，如果周围没有水来吸收能量，那将是致命的（图1）。

(1)有着巨大能量的海浪气势磅礴

海洋还会捕捉一种更巨大的能量源：制造潮汐的能量，来自我们在太空中最近的邻居。随着地球在月球下方旋转，月球的重力吸引着海洋中的水。但是月球不总是独自发挥作用。

这种现象可以在南美亚马孙盆地的河流与大西洋交汇的地方看得很清楚。当大西洋的大潮涨起，涌入漏斗状不断变浅的河口时，变成了强大的涌浪。涌浪逆流而上，时速达到40公里。它涌入内陆几十公里，撕扯着沿途的河岸。这种巨浪驱动的水每分钟有40万立方米。那是尼亚加拉大瀑布流量的4倍。引力产生和释放的能量到底有多大，由此可见。当涌潮与海上的巨浪同时产生时，产生的破坏是惊人的。高潮把巨浪拍向悬崖峭壁，惊天动地。这就是刻画了各大洲海岸线的力量。数十亿年来，陆地和海洋的这种对抗，成就了今天的地球面貌。1200万年前，海岸线与今日完全不同。虽然悬崖是一种非常坚硬的岩石玄武岩形成的，但是这么多年，大海袭击了每条脆弱的海岸线。只剩下最坚硬的岩层，就是所谓的海蚀柱（图2）。但它们也将被慢慢地磨掉。

(2)海浪将海岸悬崖最坚硬的岩层磨成海蚀柱

在英格兰的东海岸，悬崖已不过是松散的土壤，这是大海在仅仅3年里破坏掉的。

在过去的500年里，海岸已经向后退了1公里。破坏海岸线，不过是大海伟大力量最显著的表现。海洋对我们星球的影响，更多的是以微妙深奥的方式进行。它们改变着气候，将氧气输送到大气层。在海洋表面以下，是一片独一无二的洋流体系，这对地球上所有生命的良性发展，起到关键作用。

45亿年前，地球刚刚诞生，它不过是一个融化的地狱。没有水存在，但是创造水的成分都存在，在地球形成的时候，它们被紧紧压在了地球里面。第一次火山爆发的时候，第一股爆发出来的气流中就有蒸气。等到星球冷却下来就形成了云，接着就发生了历史上最为漫长的一次暴雨，下了好几千年。第一片河流形成后，开始注满我们年轻地球上比较低的区域，创造出第一片海洋。

但是据分析，即使是这次无穷无尽的倾盆大雨，也只不过造成了我们今天海洋的一半水，其他的水都是从外太空来的。

这是2005年拍摄的一颗彗星，直径大概有6公里，和其他彗星一样。它是由岩石和以冰的形式存在的水组成的。当它撞进地球表面的同时，超过2.5亿升水，冲进了太空（图3）。

(3)当慧星撞入地球表面时，将数亿升水洒向太空

在地球形成的时代，它受到了成千上万颗这样的彗星撞击。撞击一旦完成，据分析它们会将一半的水，释放到我们的海洋。

自从40亿年前海洋开始形成，海洋中的水量差不多一直没变。但是海洋本身不断变化着，随着大陆移动了几百万年，新的海洋会出现，有的会消失。这些都发生在很长的时间跨度里。

在东非，今天我们能看到新海洋的诞生，一个漫长深邃的裂缝，位于埃塞俄比亚叫阿法尔洼地的地方，这里将是地球下一个海洋形成之地（图4），2005年陆地突然被一次巨大的地震裂开了口子，附近也有类似的裂缝和断层，在沙漠里连绵几百公里。

(4)这样的裂缝和断层就是下一个海洋的形成地

这是一个被分裂的大陆，也许再经历几百万年，最终这些裂缝会遍布全大陆。地壳上的3个大板块会分离。随着时间的流逝，沙漠里的一个小裂缝，就会变成一个新的海洋。

总想控制直布罗陀海峡，这是人类短期的视野，因为如果你统治了下面的海浪，就会控制地中海和广阔的大西洋中间唯一的通道。

在地球漫长的历史中，直布罗陀海峡扮演过许多不同的角色，因为地中海几乎没有生物生长。太阳的炙烤导致地中海失水，因为蒸发而流失的水，是它从河水和雨水中得到补给的3倍。虽然只有14公里宽，但是它能够确保地中海获得大西洋的补给。如果直布罗陀海峡关闭了，那么整个地中海就会干涸。这种事发生过。

百万年前，欧洲大陆和非洲大陆相撞，关闭了直布罗陀海峡，地中海被隔绝，渐渐蒸发干涸。

一旦地中海与大西洋被隔离起来，海洋在2000年内就会干涸，只需要两个千年，就能将地中海那么大的海洋变成沙漠。

你可以在西西里岛地下1公里处，发现这个震撼事件的影子。水从地中海消失的时候，剩下的就是盐了。上百万，上亿吨。由于量太大，西西里西部的盐矿，每年能挖出50万吨盐，据分析在未来100万年里，它们仍然能够继续保持这个产量（图5）。和其他海洋一样，地中海大部分的盐都是从河水而来。

(5)海水消失后剩下大量的盐

但经过了几百万年的蒸发，消失的地中海留下的并不只有盐。这是一个晶洞，这些巨大的白水晶，有一米多长（图6）。海水从上面流下来，遇到了下方的热水形成了这些水晶，在这个富含矿物质的混合地带，还长出了些像手指的硫酸钙。

(6)海水结成的巨大水晶

地中海的海平面下降，露出了这片地质精华。实际上这片海在过去的几百万年里，曾消失过很多次，不仅影响这片海洋的地质，同时还导致了居住在这里的生物的进化，海平面下降后大象会在原来的海床上闲逛。但是海平面一旦上涨，它们就必须到高地上避难，这片高地就成了西西里岛。我们知道这一点，是因为在一个遥远的山洞里，科学家发现了一些大象的化石，但和如今地球上的任何大象都不一样，将它的腿骨和现代的非洲大象相比，你会发现，这头西西里大象仅有山羊那么大（图7）。在几千年的时间里，大象进化成了小的动物。

(7)图组:（7－1）西西里大象的腿骨（左）和现代非洲大象腿骨比较示意图

（7－2）复原的西西里象如同山羊那么大

盐矿，水晶洞，还有矮象，这些都是大海在面临灭绝的时候所造成的出乎意料的结果。

但是海洋并不仅仅是蓄水池。随着大陆移动要么灌满水，要么干涸。它们对于地球来说，对于生命本身的存在来说都很关键。因为海洋底下有一群生物，它们被称作是浮游植物。浮游植物比针尖还小，但它们是地球上最重要的一种生命形式。我们从太空中看。不列颠诸岛旁一大片的海域，被无数的单个浮游植物染成了绿色。这种现象被称作水华区（图8）。

(8)被浮游植物染成绿色的海域被称作水华区

这些水华区出现在世界各个海洋里。浮游植物数量巨大，这些小的有机体，不但是海洋生物营养的主要来源，它们还帮助地球上的动物呼吸，浮游植物能够做到这点，是因为它们可以进行光合作用。它们将二氧化碳和阳光变成能量来维持生命，同时释放非常重要的副产品——氧气。

它们制造的氧气充满了海洋和大气层。氧气对于所有动物来说都很重要。在大海里，浮游植物制造出了地球上一半的氧气，大概相当于世界上森林和丛林加起来的数量。

但是制造氧气只是刚刚开始，海洋对于地球所有生物的巨大影响在于它具有最伟大的力量——巨大的洋流。洋流将地球上所有的海洋都连接起来。洋流对于地球上的生命来说至关重要，它们带来滋养生命的养分和氧气，带来改变气候的热量。

同时，海洋是巨大的蓄热池，热量都来自太阳。利用热感摄像机可以揭示海洋的温度，让你看到热量如何分布：海洋的热量不都存在于赤道上。海洋洋流网络会将热量分布到地球各处，有一股洋流对于英国非常重要，它带来加勒比海的暖水，将之带到不列颠诸岛，它就是湾流。跟着湾流运动的空气，从大海上获得了热量和温度，这些岛是第一个充满温暖湿润空气的地方。热带的植物和异域的动物在岛上都可以生存。

热敏摄像机显示出英国南部水域发着温暖的橘红色的光。但是在大西洋同样纬度的地方，绿色和蓝色说明加拿大周围是冰冷的水域。

大气和海洋，共同作用改变着气候。说到传送地球的热量，海洋洋流才是最大的动力，这意味着如果海洋洋流发生变化，将对世界天气造成巨大影响。

在太平洋，每过几年就有一股温暖的洋流，从西向东流。可以看到红色和白色区域（图9）。这就是臭名昭著的厄尔尼诺现象。它是造成全球气候变化的罪魁祸首，谁都不知道为什么会发生这些，它给南美洲带来倾盆大雨，淹没曾经干涸的沙漠；而在太平洋另一边，在澳大利亚和印度尼西亚，却是完全相反，那里缺少湿气，遭遇严重干旱。

(9)热敏摄像图显示的红色白色区域就是臭名昭著的厄尔尼诺

仅仅改变着一个洋流，地球气候就要遭遇几个月的无序。为了全面了解，你需要潜入海洋深处。

最近科学家才得以探索这个奇特陌生的世界。他们发现了在海洋深处的另一个洋流系统，它被称为是大洋输送带，是地球上最大的能量之一（图10）。它和表面温暖的洋流联合起来，共同形成了一个巨大的系统。

(10)海洋深处的大洋输送带（示意图）

表面流动的温暖洋流和海洋底部较冷的洋流组成的输送带连接了整个地球。它将氧气，养分和热量运输到世界各地。寒冷的北边海洋表面水体下沉，与深海洋流混合，最后沉入海底。就是这些下沉的水维持着整个输送带，在全世界流动，它向东流，深入海床，直到在热带温度增加后，它又上升完成循环。如若没有南北两极冷水下沉，大洋输送带就会崩溃。如果真是那样，海洋就不再有足够的氧气和养分，就变成停滞无生命的死水。大洋输送带大约需要一千年的时间才能绕地球走一圈。一路上传输大量热量，食物，氧气，控制着整个星球的良性运转。如果它出错了，地球上的生命将会遭遇严重后果。它曾经发生过，导致了地球上几乎所有生命体的死亡。这次灾难发生在2.5亿年前，是恐龙出现在地球之前的年代。

随着地球温度不断升高，海洋温度也升高。两极的冷水无法再下沉，大洋输送带这个关键联系被打破了。当海洋洋流停止运动，海洋就变成了坟墓。

位于意大利和奥地利北部边境的多洛米蒂山区。2.5亿年前，这片地区还在海底，这里有一层薄薄的黑色岩石。是由几十亿海洋生物的尸体堆积而成的（图11）。这种岩石只在洋流停滞的情况下才能形成。这说明，海洋传送带的崩溃导致了海洋生物的灭顶之灾。

(11)当年在海底的这层黑色岩石是由几十亿海洋生物的尸体堆积而成的

但是事情还没完。板块运动造成海床升高形成了山峦。奇怪的是，接下来陆地上的生物居然步了海洋生物的后尘。这个时期在地质史上叫作二叠纪生物大灭绝。海洋中缺氧怎么会导致陆地生物的灭绝呢？答案似乎隐藏在深深的海底。这里是纽约州的绿湖。科学家认为，这里的湖水隐藏着二叠纪生物大灭绝的线索。在水下20米这个深度，水从富氧变成了无氧。当氧气的含量降低，你会发现一个没有任何生命存活的死气沉沉的世界。水停滞的时候就渐渐产生毒性很高的二硫化氢气体。你看到水变成了粉色（图12），这说明水中毒性很高。

(12)毒性很高的二硫化氢让湖水变成美丽的粉红色

在这个湖中，二硫化氢被困在了湖底，但是在2.5亿年前，这些富含硫的水质上升到水表面，进入到大气层，从而使毁坏从海洋一直延伸到陆地。随着二硫化氢浮出海洋，几乎所有与之接触的动植物都会死亡，大洋输送带失灵导致地球上90%以上的生命消失。

大洋输送带失灵导致的后果提醒了我们，地球上的生命有多么依赖于健康的海洋。

今天，海洋面临着新的威胁。

我们现在往大气层里输送了大量的二氧化碳。这会提高陆地上的温度，导致气候变化，也会影响到海洋。

位于南太平洋的帕劳小群岛能够让我们看到即将会发生的景象，这里的海洋生物对海水的微弱变化非常敏感。可以看看二氧化碳含量提高对海洋的影响。

海洋变化能让一个动物种群受到巨大威胁。

金色水母生活在大面积的盐水湖中（图13），这片湖水差不多和海水是隔绝的。水母对水温的变化非常敏感。

1998年 ，该地区海洋温度升高了将近2℃，听起来不算过，但是对于这些水母来说就是灾难，据估计有2000万只死亡。只是2℃，就可以让整个物种消失。

(13)图组:（13－1）金色水母（13－2）湖中有成千上万的水母

幸运的是，这只是由于当地温度发生短暂变化造成的。一旦海水降温水母就会恢复。但这是个残酷的警告：如果世界的海洋因为气候变化继续变暖，后果将会是什么？

地球的海洋很容易遭受另一个与二氧化碳有关的威胁，可能要比温度升高更严重，那就是海洋酸化。

当大气中的二氧化碳溶解到海洋，就会发生这种情况。过去，二氧化碳的含量变化很慢，所以海洋有时间适应酸度的增长。

可今天人类往大气层输入的二氧化碳太多了，海洋已经跟不上了。它们的酸化速度超过了过去几百万年。

第一个受难的生物，就是组成巨大暗礁的珊瑚（图14），水酸性太大，它们就无法形成骨骼。如果海洋以目前的速度酸性化，珊瑚将最终从海洋中消失，其他依靠珊瑚存活的生物也会消失。

(14)多姿多彩的珊瑚丛

但是海洋酸性化可能引起比珊瑚死亡更大的影响。珊瑚死亡只是一个开始，浮游植物也会受到海洋酸性化的侵害。从长期来看，这会威胁到地球主要供氧源，威胁着地球生命支撑系统的整个平衡。地球的健康和海洋的状况密切相关，这些改变都可能给我们的世界带来不可预料的后果。

如果海洋酸性化继续，我们只知道，海洋是地球生命的支撑。地球上每个生物的生存，都要依靠海洋保持健康。如果海洋的历史给我们留下了什么启示，那就是海洋如果被逼上绝路，受难的将是地球上的生命。