撰文 | 羅伯特·哈森（喬治梅森大學地球科學教授、美國礦物學學會前主席）
譯者 | 劉小鷗
地球在通往不可避免的終結之路上幾乎已經走過半程。45億年來，太陽一直穩(wěn)定地發(fā)著光，隨著時間的推移，它一點點變得越發(fā)明亮，這是因為它不斷地”燃燒”儲存的氫燃料。再過大約50億年，太陽會繼續(xù)通過將氫聚變成氨來產生核能。大多數恒星終其一生都是這么過來的。
最終，氫將會耗盡。一些較小的恒星到達這一階段后體積會逐漸縮小，散發(fā)出去的能量會比以前少得多，最終消失掉。如果太陽變成這樣一顆“紅矮星”，那么地球最終的命運將是變成凍牢的固態(tài)星球。生命如果有幸存活下來，也只可能是一些生活在地下深處的頑強的微生物，在那里液態(tài)水仍然可能存在。
紅巨星時代
但是，太陽不會以這種可憐的方式死去，因為它足夠大，有一個后備的核計劃。別忘了，每顆恒星都要平衡兩種相對的力。一方面，引力將恒星向內拉，使其成為盡可能小的球體；另一方面，核反應像一系列連續(xù)的內部氫彈爆炸事件，會產生向外的推力，試圖使恒星變得更大。太陽在目前熊熊燃燒氫的階段，其直徑已經穩(wěn)定地達到了約87萬英里，這個大小已經維持了45億年，并將繼續(xù)維持50億年。
太陽足夠大，因此，當燃燒氫的階段最終結束時，一個充滿能量的新階段就會開始，它將開始燃燒氦。氦是氫聚變反應的副產品，可以與其他氦原子發(fā)生聚變，產生碳元素，但這種新的太陽策略將給太陽系靠內的行星帶來災難性的后果。由于氦反應的能量更高，太陽會膨脹得越來越大，就像一個瘋狂過熱的氣球，變成一顆脈動的紅巨星。它將越過水星軌道，吞沒這顆小型行星。它也將超過我們的鄰居金星的軌道，吞噬掉金星。它會膨脹到目前直徑的100倍以上，甚至越過地球的軌道。地球的最后時光的具體細節(jié)并不明確。根據一些不太樂觀的情景設想，紅巨星階段的太陽將完全吞沒地球，地球會在太陽大氣中蒸發(fā)，不復存在。在其他一些模型中，太陽會在無法想象的太陽風中丟失超過目前三分之一的質量（這種太陽風也會不斷沖擊地球死氣沉沉的表面）。隨著太陽的質量變小，地球的軌道會向外推移，也許剛好可以避免被吞沒的命運。但是，就算我們不被膨脹的太陽吞噬，曾經美麗的藍色世界也將成為一顆繞行在太陽周圍的荒蕪的碳渣星球。稀少的地下微生物生態(tài)系統(tǒng)或許可以再持續(xù)10億年，但陸地再也不可能是這般郁郁蔥蔥了。
即使在目前燃燒氫的穩(wěn)定狀態(tài)下，太陽也在慢慢變得越來越熱。起初，在45億年前，太陽的亮度是現在的70%。24億年前的大氧化事件表明，太陽的亮度可能是今天的85%。而10億年后，太陽會變得更為明亮。在一段時間里，也許是數億年間，地球的反饋可能會減緩這種變化。更多熱量意味著更多蒸發(fā)，從而產生更多的云，將更多的陽光反射回太空。更多熱量意味著更快的巖石風化，這會消耗更多二氧化碳，降低溫室氣體的含量。因此，負反饋回路可能會讓地球在很長一段時間里仍然適居。但一個轉折點會出現。數十億年前，較小的火星到達了那個關鍵時刻，它失去了幾乎所有的地表水。10億年后，地球上的海洋將開始以可怕的速度蒸發(fā)，大氣將成為一個永遠的桑拿房。冰蓋和冰川不復存在，即使兩極也會變成熱帶。在千百萬年間，生命可能在這樣的溫室環(huán)境中繁衍。但隨著太陽繼續(xù)變暖，更多水蒸氣進入大氣，氫將以越來越快的速度流失到太空中，使地球逐漸干燥。也許再過20億年，當所有海洋干涸時，地球表面將變得荒蕪而炙熱。生命就將面臨絕境。
最近，一項關于人類最有可能死因的調查表明，人類死于小行星撞擊的概率很低，大約只有十萬分之一。從統(tǒng)計學上講，這和閃電或海嘯致死的概率相近，但這種預測性的比較存在一個明顯缺陷。一次閃電殺死一個人的事件每年大概會發(fā)生60次。相比之下，小行星撞擊可能幾千年來都沒有造成過任何人死亡。但在某個倒霉的一天，一次小型撞擊就可能殺死所有人。你大可不必擔心這件事情，我們之后的百代人也不必為此擔心。但我們可以肯定的是，殺死恐龍的那種巨大撞擊事件有一天會再次發(fā)生。在接下來的5000萬年里，地球至少會遭受一次大的撞擊，甚至更多次。這只是時間和概率的問題。最有可能的元兇是所謂的小行星，這種天體的軌道呈明顯的橢圓形，它們會穿過地球繞太陽運行的更接近圓形的軌道。我們已經知道至少300個小行星可能會成為這種潛在的殺手，而且在未來幾十年中，其中一些小行星將以令人惶恐的近距離掠過地球。1995年2月22日，一顆剛被發(fā)現并被命名為"1995CR"的小行星飛掠而過，它與地球之間的距離不足幾個地月距離。2004年9月29日，1.5英里寬、3英里長的長型小行星圖塔蒂斯（Toutatis）以更近的距離飛掠過地球。2029年，直徑900英尺的小行星阿波菲斯（Apophis）預計將以更近的距離掠過地球，甚至出現在月球軌道之內。這次讓人不安的相遇將不可逆轉地改變阿波菲斯的軌道，可能致使它在未來更接近地球。每存在一顆已知的越地小行星，都可能意味著還有十幾顆甚至更多這樣的小行星尚未被發(fā)現。這些天體中的一個最終被觀測到時，它可能已經離我們太近了，我們對它已然束手無策。如果我們正好在靶心中央，那可能也僅有提前幾天的警告讓我們來解決問題。地球幾乎每年都被約25英尺長的巖石砸中。由于大氣層的”制動”作用，大多數這種炮彈在撞擊到地表之前就會爆炸，并裂成小塊。但是，直徑大于100英尺的天體，大約每1000年會降臨地球一次，造成嚴重的局部破壞。比如，1908年6月，這樣一次撞擊夷平了俄國通古斯卡河附近的一片森林。危險系數極高的直徑半英里的巨石平均每50萬年撞擊地球一次，而直徑達3英里的小行星大約每1000萬年撞擊地球一次。撞擊的后果因小行星的大小和撞擊位置的差異而有所不同。一塊直徑10英里的巨石無論落在何處，幾乎都可以摧毀地球上的任何地方。（相比之下，6500萬年前那顆殺死恐龍的小行星的直徑約為6英里。）如果一個直徑10英里的天體撞擊到海洋中（鑒于陸地和海洋的分布，這個概率大概是70%)，那么結果就會產生滔天巨浪，席卷地球所有角落，可能只有地球上最高的山峰可以幸免。沒有東西能在海拔幾千英尺以內的地方生存下來，所有沿海城市都會徹底消失。這樣一個直徑10英里的小行星如果撞擊到陸地，可能會對當地造成更大的直接破壞。無論哪片大陸不幸成為目標，1000英里范圍內的一切都將被抹去，大規(guī)模的火災勢必席卷整個大陸。在短時間內，相距較遠的陸地可能有幸躲過慘烈的后果，但這樣的撞擊會使大片巖石和土壤蒸發(fā)，在一年甚至更長的時間里，它們會在大氣中形成遮蔽陽光的云層。光合作用將幾乎完全停止，植物將被摧毀，食物鏈進而崩潰。少數人也許能在這種恐怖的情景中幸存下來，但我們的文明無疑將被毀滅。
與超級火山或溢流玄武巖造成的緩慢死亡相比，小行星撞擊的突然災難就顯得黯然失色了。與地球上最主要的五次大滅絕間隔期相伴隨的，包括巨石從天而降的那一次，是改變地球的火山活動。這不能和一般的火山致死事件及其各種形式的破壞相混，其中包括急劇的熔巖流，就像居住在基拉韋厄火山山坡上的那些夏威夷島民所熟悉的那樣，熔巖流所經之處，所有的住宅都會被完全毀壞。它們是局部性的，具有可預測性，相對很容易避免。在常見的火山活動中，更致命的是充滿碎屑的火山爆發(fā)和掉落的火山灰，這種火山爆發(fā)會噴出蒸氣并釋放大量熾熱的火山灰，這些火山灰會以每小時100多英里的速度從山上沖下，把沿途的一切都燒成灰燼并掩埋。想想1980年華盛頓州圣海倫斯的火山爆發(fā)，和1991年6月菲律賓皮納圖博的火山噴發(fā)，要不是事先警告并進行大規(guī)模疏散，這兩次爆發(fā)都會導致成千上萬人死亡。更糟糕的是第三種常見火山活動，那就是大量細粒的灰塵和有毒氣休噴射到大氣中。2010年4月的埃亞菲亞德拉和2011年5月的格里姆發(fā)生的兩次冰島火山灰噴發(fā)的規(guī)模相對較小，釋放的碎片不到一立方英里。盡管如此，它們還是讓歐洲的航空業(yè)中斷了幾天，并引發(fā)附近地區(qū)許多人的健康問題。1783年6月的拉基火山爆發(fā)是歷史上規(guī)模最大的火山爆發(fā)之一，據估計，這次爆發(fā)釋放了約五立方英里的玄武巖及相應的火山灰和氣體，足以在歐洲上空造成持續(xù)存在的有毒煙霧。冰島四分之一的人口死亡，一些人很快死于酸性的火山氣體，更多人則是死于之后冬天發(fā)生的饑荒。這場災難還影響了東南方一千多英里的土地，數以萬計的歐洲人也死千拉基火山的長期影響，這些人大部分生活在不列顛群島。1883年8月喀拉喀托火山爆發(fā)，隨后的海嘯席卷了爪哇島和蘇門答臘島附近的海岸線，這造成了更多人死亡。而1815年4月坦博拉火山猛烈的爆發(fā)，產生了驚人的12立方英里的熔巖，這是所有火山爆發(fā)中最致命的一次。7萬多人因此喪生，其中大部分是農業(yè)歉收和隨后的大規(guī)模饑荒造成的。坦博拉向高空大氣釋放了大量阻擋陽光的含硫化合物，使1816年成為北半球“沒有夏天的一年”。歷史上的這種爆發(fā)讓現代人無法想象，這是有原因的。盡管從死亡人數來看，這些火山事件比不上近幾年印度洋和海地的地震，但是地震和火山之間有一個重要而駭人的區(qū)別：最大的地震規(guī)模受到巖石強度的限制。堅硬的巖石在破裂之前只能承受一定限度的應力，這個極限可以產生一場破壞性極強但限于局部的地震，也就是里氏9級地震。
在可預見的未來里，決定地球大陸輪廓的最大因素是冰。在幾百年或幾千年這樣較短的時間尺度上，海洋的深度與地球凍結的水的總量密切相關，包括冰蓋、冰川和大陸冰原。這是一個簡單的等式：陸地上結冰的水越多，海平面就越低。過去是預測未來的關鍵，但我們怎么能知道歷史上海洋的深度呢？衛(wèi)星對海平面的觀測固然非常精確，但這僅限千過去20年間。驗潮儀的測量雖然沒那么精確，而且會受到局部情況的影響，但它們能夠追溯到約一個半世紀以前。海岸地質學家可以采用的方法是為古老的海岸線標記繪圖。升高的海灘階地就屬于這樣的標記，我們可以在上萬年前沉積的近岸堆積中發(fā)現它，不過其升高的特征只能可靠地揭示水位較高時期的狀況。珊瑚一定生長在海洋的淺水日照區(qū)域，珊瑚的位置可以提供更久遠的記錄，但這樣的巖層通常會經歷隆起、沉降或傾斜的事件，它們都會混淆記錄。那么，接下來的5萬年呢？我們相信海平面一定會繼續(xù)大幅度地變化，還會出現更多次的上升和下降。有時，很有可能是在接下來的兩萬年里，冰蓋會增大，冰川會前進，海平面會下降200英尺甚至更多，這樣的海平面高度在過去100萬年中至少出現過8次。這種變化將對全球的海岸線產生巨大影響。美國東海岸將向東移動許多英里，淺海地區(qū)的大陸坡會被暴露出來。從波士頓到邁阿密，東海岸的所有大型港口都將成為又高又干旱的內陸城市。一座新的陸橋將連接阿拉斯加和俄羅斯，不列顛群島可能會再次成為歐洲大陸的一部分。與此同時，沿大陸架地區(qū)形成的世界上最高產量的漁場將變成旱地。對海平面而言，有下降就必有上升。或許很有可能，在接下來的1000年里，海平面會上升100英尺甚至更多。這種程度的海平面上升從地質標準來看是相當溫和的，但它將使美國地圖幾乎變得無法辨認。海平面上升100英尺會淹沒東海岸的大部分沿海平原，使海岸線向西移動100英里。所有主要的沿海城市，包括波士頓、紐約、費城、威爾明頓、巴爾的摩、華盛頓、查爾斯頓、薩凡納、杰克遜維爾、邁阿密等城市，都將被淹沒。洛杉磯、舊金山、圣迭戈和西雅圖也將消失在海浪之下。幾乎整個佛羅里達州都將不復存在，那里獨具特色的半島也會淹沒在淺海中。特拉華州和路易斯安那州的大部分城市也將被淹沒在水下。世界上的其他地區(qū)，海平面上升100英尺帶來的后果將更加嚴重。對荷蘭、孟加拉國和馬爾代夫這樣的國家來說，整個國家都會消失。地質記錄非常明確地表明，這些變化將再次發(fā)生。如果像大多數專家懷疑的那樣，地球正在迅速變暖，那么海平面將迅速上升，可能以每10年一英尺的速度上升。僅僅在長期的全球變暖過程中，海水的熱膨脹就能夠使平均海平面上升10英尺。這樣的變化將給人類社會帶來挑戰(zhàn)，但對地球的影響并不大。
我們大多數人對未來的幾十億年，或幾百萬年，甚至一千年都不太關心。我們大多數人都只關注短期問題一10年后我將怎么供孩子上大學？明年我能升職嗎？下周股市會上漲嗎？晚飯吃什么？這樣說來，我們沒什么可擔心的。除非發(fā)生不可預見的巨大災難，否則明年以及10年后的地球看起來都和今天差不多。即使我們經歷了一個異常炎熱的夏天，度過了一個農作物枯萎的干旱期，或者遭受了一場異常猛烈的風暴，一年和另一年的差異都可能是非常小的，我們根本察覺不到。完全可以肯定的是，地球會繼續(xù)變化。當前的指標表明，全球變暖和冰川融化即將到來，這很可能是受人類活動影響并加速發(fā)生的。在接下來的100年里，這種變暖的后果將以諸多不同的方式影響到許多人。2007年夏天，我參加了一場科維里未來研討會，會議在伊盧利薩特舉辦，那是格陵蘭島西海岸的一個小漁村，在北極圈以南不遠的地方。對討論未來而言，這是一個幸運的選擇，因為在我們舒適的北極酒店的會議中心之外，變化就在發(fā)生。一千年來，這個港口位于巨大的伊盧利薩特冰川裂冰作用的前端附近，這里曾是一個資源豐富的漁場。一千年來，由于港口每年都會結冰，漁民們都會在冬天冰釣。這種情況一直維持到進入千禧年。2000年，這個港口第一次（至少在一千年口口相傳的歷史中）保持開放，沒有凍上。這座巨大的冰川是一處聯合國世界遺產，它正在以驚人的速度后退，經過幾十年的穩(wěn)定期后，它在三年內后退了近6英里。另一個變化是，一千年來，伊盧利薩特和附近的原住民村落一直沒有蟲害，但是從2007年開始，蚊子和黑蠅會在每年8月入侵這里。這些都是奇聞逸事，但也明確表明了重大而不可逆轉的變化。類似的變化全球都在發(fā)生。切薩皮克灣的船工報告，與幾十年前相比，高潮的水位仍在持續(xù)上漲。撒哈拉沙漠北部逐年向北推進，曾經肥沃的摩洛哥農田土地變成了沙漠，南極冰架正在以越來越快的速度融化并崩塌，全球平均氣溫和水溫都在上升。這些都是持續(xù)變暖模式的一部分，這種模式地球在過去經歷過無數次，在未來也將經歷無數次。變暖還可能產生其他影響，有時這些影響是自相矛盾的。墨西哥灣流是一股巨大的洋流，它讓溫暖的海水從赤道流到北大西洋，灣流的動力來自赤道和更高緯度地區(qū)之間強烈的溫差。如果像一些氣候模型所顯示的，全球變暖降低了這種溫度對比，那么墨西哥灣流可能會變弱，甚至停止。諷剌的是，一個直接的后果是不列顛群島和北歐比現在要冷得多，因為那里的氣候受墨西哥灣流的溫和影響。其他洋流，例如從印度洋到經過非洲之角到南大西洋的洋流，也會受到類似的影響，可能導致溫和的南非氣候發(fā)生類似的變化，或者導致季風雨發(fā)生變化，這些降雨使亞洲部分地區(qū)現在保持著濕潤和肥沃。當冰融化時，海平面上升。一些嚴肅的預測顯示，在下個世紀里，海平面的上升幅度可能高達兩三英尺，盡管根據近期的巖石記錄，海平面時不時會出現每十年加快升高幾英寸的清況。這樣的海平面變化將會影響全世界許多沿海的居民，可能會讓從緬因州到佛羅里達州的土木工程師和海濱業(yè)主們頭疼不巳，但在人口最密集的沿海地區(qū)，海平面升高幾英尺或許是可控的變化。在這段時間里，也就是一兩代人的時間里，大多數居民不會為了海水侵占陸地的問題過于擔心。一些動植物物種可能就沒那么幸運了。北極冰層的消失將縮小北極熊最熟悉的棲息地，這給正在減少的北極熊種群增加了更多挑戰(zhàn)。氣候帶向兩極的迅速變化也可能給其他許多受到威脅的物種帶來生存壓力，尤其是鳥類，因為它們特別容易受到遷徙筑巢和覓食區(qū)變化的影響。最近一份報告估計，全球平均溫度上升個幾度，可能就會導致歐洲的鳥類滅絕率接近40%，在澳大利亞東北部繁茂的雨林中，鳥類滅絕率則會超過70%，而這種溫度的上升完全在一些氣候模型對下個世紀的預測范圍之中。另一份發(fā)人深省的國際報告發(fā)現，在已知的約6000種青蛙、蟾蜍和蠑螈中，近三分之一面臨著同樣的威脅，這主要是由于一種致命的兩棲動物真菌疾病會在溫暖的環(huán)境中快速傳播。不管下個世紀還會發(fā)生什么，我們的確進入了一個加速滅絕的時代。下個世紀中的一些變革性事件也會是瞬時發(fā)生的，它們有些一定會發(fā)生，有些則是很大概率會發(fā)生，比如大地震的破壞、超級火山的噴發(fā)，或是一英里寬的小行星的撞擊。人類社會往往無法應對百年一遇的風暴或地震，更不用說應對千年一遇的真正災難了。當我們閱讀地球的故事時，我們會看到這些令人震驚的事件是常態(tài)，它們無法避免，是我們星球歷史的一部分。然而，我們卻把城市建在活火山的兩側，以及地球上一些最活躍的斷層帶上，期望在所處的這個時代，我們能躲過構造問題的“子彈”（甚至來自宇宙的”導彈"）。在極緩慢和極快速的事件之間，是波動的地質過程，這些過程通常需要數百或數千年的時間，比如氣候、海平面和生態(tài)系統(tǒng)的變化，一般就需要幾代人的時間才會被注意到。我們最關心的應該是這些變化的速度，而不是變化本身。因為氣候、海平面和生態(tài)系統(tǒng)都會達到一個臨界點。如果推得太遠，正反饋循環(huán)就會起作用。通常需要1000年時間的事情，可能就會在10年或20年的時間里發(fā)生。自滿自大很容易，尤其是在對巖石進行錯誤解讀的情況下。在2010年之前的一段時間里，由于對5600萬年前的類似情景正在進行的研究，人們對現代的擔憂得到了某種程度上的緩解。當時，一次大滅絕極大地影響了哺乳動物早期的進化和擴散。這次嚴酷的事件被稱為古新世—始新世最熱事件，簡稱PETM，它見證了數千種物種相對突然的消失。PETM對我們這個時代很重要，因為它是地球歷史上有較好記錄的溫度變化最快的時期。火山事件引起了大氣二氧化碳和甲皖濃度相對快速的增加，這兩種吸熱的氣體所導致的溫室效應，引發(fā)了一千多年的正反饋和相應的溫和的全球變暖。一些研究人員認為，PETM與今天的情況非常類似，這當然是很糟糕的，全球溫度上升了近10度，海平面迅速上升，海洋酸化，生態(tài)系統(tǒng)明顯地向兩極移動，但還沒有達到威脅大多數動植物生存的災難性的程度。賓夕法尼亞州立大學的地質學家李·孔普（Lee Kump）和他的同事最近得到了一些驚人的發(fā)現，這可能巳經摧毀了任何保持樂觀的理由。2008年，孔普的團隊得到了一個從挪威采樣的鉆孔巖芯，其中保存了PETM整個時期的記錄，沉積巖一層一層地詳細記錄了大氣二氧化碳和氣候變化的速率。壞消息是，10多年來一直被認為是地球歷史上最快速的氣候破壞的PETM其實是由大氣變化引發(fā)的，而那種大氣變化的強度不足如今的十分之一。在PETM的滅絕場景中，用一千年時間形成的大氣成分和平均溫度的全球變化，在過去一百年就已經被超越了，因為人類燃燒了大量富含碳的燃料。這種快速變化史無前例，也沒有人知道地球將做如何反應。2011年8月，在布拉格舉辦的3000名地球化學家參與的會議上，熟悉新的PETM數據的氣候專家很冷靜。盡管這些謹慎的專家所做的公開預測仍然十分保守，但我在酒后閑聊時聽到的評論是悲觀的，令人害怕。如果溫室氣體的濃度上升過快，沒有已知的機制可以吸收多余的氣體。變暖會引發(fā)大量甲烷釋放，并引起這種情況可能帶來的正反饋嗎？海平面會像過去屢次發(fā)生的那樣，迅速上升幾百英尺嗎？我們正闖入無知之地，在地球上進行一次構思不周的全球規(guī)模的實驗，它也許與以往任何一次都不同。巖石證據所揭示的是，盡管生命本身是堅韌的，也會一直保持如此，但在氣候突變時期，生物圈在臨界點上會經受巨大的壓力。生物生產力，包括農業(yè)生產力，在一段時間里必定會急劇下降。在如此動蕩的條件下，像我們這樣的大型動物將付出最昂貴的代價。當然，巖石和生命的協同演化一定會繼續(xù)，但人類在這數十億年的傳奇故事中的角色仍然是不可知的。我們已經到了這樣一個臨界點了嗎？也許這十年不會，也許我們這輩子也不會。但關于臨界點的問題是，在它來臨之前，你永遠無法確定自己是否處于一個臨界點上。房地產泡沫破裂、股市崩盤，我們只有在回顧時才會意識到發(fā)生的事情，但那時想要恢復現狀就太晚了。地球的故事中并沒有出現過這樣的情況。
注：本文摘取自《地球的故事——從一粒星塵到充滿生命的世界，45億年的地球演化史詩》，略有刪減。本書由中信出版社出版，評論區(qū)留下你對地球故事的看法，點贊前五的讀者將會獲贈本書。
