河流：地球的命脈

巖雪松

每年7月到10月，南亞的季風(fēng)會(huì)帶來大量的降雨，造成恒河和布拉馬普特拉河巨大的流量，河流中泥沙的輸運(yùn)量大約每秒50噸，每天的輸運(yùn)量約相當(dāng)于3.5萬輛卡車的載重量，這些泥沙大部分堆積在孟加拉國(guó)的孟加拉灣，隨海洋的洋流運(yùn)動(dòng)，這些泥沙最終會(huì)沉入海底。這些泥沙顆粒的組成十分豐富，有來自中國(guó)西藏高原的細(xì)小顆粒，有來自印度的殘枝落葉，還有來自喜馬拉雅古老巖石被河水沖蝕的碎屑。

河流輸運(yùn)的這些物質(zhì)，可能來源于火山噴發(fā)等地殼運(yùn)動(dòng)形成的巖石，或者來源于樹木，然后將這些物質(zhì)搬運(yùn)到海洋。穿越地球的歷史，隨著大陸分布和氣候模式的改變，河流輸送物質(zhì)的自然特點(diǎn)也在不斷地變化。

從某種意義上講，河流就像飛機(jī)場(chǎng)的終端門，連接著大氣、山谷、巖石、植物、土壤和海洋。就像坐飛機(jī)的乘客一樣，河流中被輸送的物質(zhì)能夠向人們講述它們來自哪里，它們發(fā)生了什么，以及它們要去往哪里。

伍德霍爾海洋研究所的科學(xué)家約旦·海明威及其團(tuán)隊(duì)最近的研究，就是要回答上述問題。他們研究進(jìn)入河流的物質(zhì)來源，并分析它們?nèi)绾坞S著時(shí)間變化，他們將所有的數(shù)據(jù)拼合在一起，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)相互交叉的地球循環(huán)過程，一個(gè)是地理控制，另一個(gè)是生物控制，兩個(gè)過程隨著時(shí)間和空間的變化，塑造著地球生命的模樣。

科學(xué)家分析這些存在于生物圈和地理界的循環(huán)過程，是想尋找到遏制氣候變化的節(jié)點(diǎn)。所有這些奧秘都存在于恒河和布拉馬普特拉河每秒50噸的泥沙中。

兩個(gè)碳循環(huán)過程

約旦·海明威的研究對(duì)象簡(jiǎn)單而尋常，那就是構(gòu)成生命的基礎(chǔ)，并在地球氣候變化中擔(dān)當(dāng)重要角色的碳。研究的目標(biāo)是要在兩個(gè)循環(huán)過程中跟蹤碳的行蹤。

第一個(gè)是生物圈碳循環(huán)過程。能夠進(jìn)行光合作用的植物和浮游生物將空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并用于支持自身的生長(zhǎng)。動(dòng)物和其他異養(yǎng)類生物不能夠直接利用光能合成生長(zhǎng)所需要的物質(zhì)，需要通過消費(fèi)初級(jí)生產(chǎn)者獲得。當(dāng)植物和動(dòng)物都死亡，它們的枝體或者肢體被微生物所分解，這個(gè)過程釋放出二氧化碳，二氧化碳重返大氣。

生物圈的碳循環(huán)接近完美，只有一小部分的碳逃離了這種常規(guī)的碳循環(huán)，被河流輸運(yùn)到了海洋。隨著時(shí)間的累積，這些被輸入海洋的碳形成了海洋泥沙，并且開始了碳的第二個(gè)循環(huán)過程，即地理碳循環(huán)過程，這是一個(gè)范圍更大，相對(duì)較緩慢的過程。

相對(duì)于植物和土壤，巖石中從空氣中鎖定的碳則需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。由于地殼的板塊碰撞，一些來自生物圈的碳埋藏在海洋泥沙中，可以被進(jìn)一步擠壓進(jìn)入地殼的深層，或者進(jìn)入地幔，這些碳的重見天日，需要經(jīng)過上百萬年的地殼運(yùn)動(dòng)和火山噴發(fā)，地理構(gòu)造力量將海底泥沙上升成為干旱的土地，這些碳又重新進(jìn)入生物圈碳循環(huán)。

以上由巖石鎖定的碳由地理循環(huán)所完成，其數(shù)量非常大，是“遺漏”進(jìn)入生物圈碳的上千倍，但是這種“遺漏”非常的緩慢。在一個(gè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，如果這種緩慢“遺漏”進(jìn)入生物圈的碳，比重新生成巖石的速度快，那么生物圈碳循環(huán)的速度就會(huì)加劇，大氣中的二氧化碳的含量就會(huì)增加。

二氧化碳是一種溫室氣體，大氣中的二氧化碳越多，將會(huì)導(dǎo)致更加溫暖的氣候。如果增加海洋中的碳埋藏，這樣進(jìn)入生物圈的碳就會(huì)減少，大氣中的二氧化碳的水平也會(huì)下降，地球?qū)?huì)變得更加涼爽。

河流作用

在這兩個(gè)地球的碳循環(huán)過程中，河流擔(dān)當(dāng)著重要作用，既對(duì)地理變化作出反應(yīng)，也對(duì)氣候變化作出反應(yīng)。河流輸運(yùn)或多或少的碳，將會(huì)調(diào)節(jié)地球的地理變化和氣候變化。

當(dāng)印度板塊和歐亞板塊相互碰撞，擠壓抬升造就了喜馬拉雅山脈，喜馬拉雅的抬升使更多的巖石重新暴露在地表，巖石中的碳可以“遺漏”進(jìn)入生物圈，但是山脊的抬升，同時(shí)也造成崇山峻嶺，導(dǎo)致河水流淌的速度加快，這樣河流可以輸運(yùn)更多的碳進(jìn)入海洋，沉積在海底形成海洋泥沙，這個(gè)過程會(huì)降低大氣中二氧化碳的含量。

當(dāng)然，人類最近發(fā)現(xiàn)一些辦法能夠打破這些循環(huán)，這些人為作用的后果還有待觀察。人類燃燒化石燃料，加速了地球循環(huán)釋放碳的速度，人類增加了巖石中的碳轉(zhuǎn)變?yōu)榇髿庵卸趸嫉乃俣取Ｈ祟愐部梢源蚱坪恿鞯淖匀环€(wěn)定機(jī)制，人們?cè)诤恿魃蠠o節(jié)制地修建水壩和進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，水壩將河流流向大海的流路分解為若干小段，每小段的河流流態(tài)隨人的意志控制。同時(shí)，人們?cè)诹饔蛑蓄A(yù)留了很多土地進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植，破壞了土壤的植被覆蓋，增加了土壤的侵蝕程度，更多的泥沙被沖入河流中去，這會(huì)向海洋輸送更多的來源于生物圈的碳。實(shí)際上，人類已經(jīng)加速運(yùn)轉(zhuǎn)了碳的傳送機(jī)制，不過又被自己建設(shè)的大壩所阻攔。

現(xiàn)在，全球幾乎找不到一條沒有水壩和沒有人類農(nóng)業(yè)種植的河流，即使是恒河，每天要輸運(yùn)3.5萬輛卡車的泥水進(jìn)入大海，也被很多水壩所節(jié)制，沿河還有很多的引水工程，并且，最令人不安的是，直到目前，水壩和引水工程的建設(shè)并沒有停歇，而是仍以驚人的速度進(jìn)行著。

通過學(xué)習(xí)河流是如何將有機(jī)碳輸運(yùn)到大海，以及碳的來源和碳隨時(shí)間的變化，我們能夠理解這其中牽涉到的生物圈碳循環(huán)過程和地理界的碳循環(huán)過程，我們能夠揭示地理構(gòu)造力、人力和氣候變化的力量，如何影響碳循環(huán)，以及反過來碳循環(huán)如何影響氣候。

科學(xué)家們正在研究這些問題，科學(xué)家用以研究的依據(jù)十分簡(jiǎn)單，那就是小小的測(cè)船、一些實(shí)驗(yàn)瓶，以及過濾器等，科學(xué)家們希望從地球上大的河流上尋找答案。例如剛果河、亞馬孫河、恒河和布拉馬普特拉河。

為了了解更詳細(xì)的河流信息，科學(xué)家要分析河床泥沙的組成，這并不是常人所想象的“從河流中打點(diǎn)水來分析”就能完成的，幸運(yùn)的是，科學(xué)家們發(fā)明了一些新工具，使這一過程變得簡(jiǎn)單。

研究人員需要知道河流不同深度處水的含沙量，因?yàn)楹恿鞯暮沉孔兓欤词姑芪魑鞅群釉谧钅酀舻暮佣我灿猩迟|(zhì)的河床，研究人員會(huì)水平地將采樣器置于水中，在取樣器的頂端有一個(gè)蓋子，當(dāng)取樣器到達(dá)某一深度后，蓋子可以被打開，該深度的水樣可以準(zhǔn)確地取出。然后，研究人員會(huì)對(duì)水樣進(jìn)行過濾，濾除顆粒直徑大于0.2毫米的所有物質(zhì)，研究人員對(duì)濾除后的物質(zhì)和被過濾的物質(zhì)都進(jìn)行研究。

那么，研究人員是如何判斷所過濾的物質(zhì)來源于哪里呢？答案就在碳身上。對(duì)于碳，研究人員要檢測(cè)兩個(gè)屬性，首先是生物屬性，每一物種，或者是生物種群都會(huì)產(chǎn)生有特征的分子序列。例如，植物的樹葉都會(huì)分泌出一種蠟質(zhì)的生物合成劑，以保護(hù)樹葉不至于短時(shí)間內(nèi)死亡，以及分泌一些生物標(biāo)志性物質(zhì)，以使它們的枝干更健壯，科學(xué)家可以測(cè)量這些生物標(biāo)志性物質(zhì)，了解河流海洋碳循環(huán)的過程。其次，碳有三個(gè)同位素，分別為碳-12、碳-13和碳-14，這些碳的同位素在地理上分布是不同的，碳-14太重而不穩(wěn)定，容易衰變，植物偏向于較輕的碳-12。但是，并不是所有的植物都只吸收碳-12，有一些植物偏向于碳-13，研究人員正是通過這些植物偏好，確定河流泥沙來源于哪里。最后，由于碳-14有衰變的特性，研究人員能夠利用這一點(diǎn)測(cè)量水樣碳物質(zhì)的年齡。