地球氣候變臉記

姜湛

我們知道，地球已有46億歲了，而人類不過是個250萬歲的“幼童”。在人類還沒出現的日子里，地球曾經歷過哪些風雨呢？

全球空氣大換血

距今27億年前，當時的地球還是一個“血氣方剛”的青年，脾氣火爆，火山噴發、地震頻繁以及不時的“火并”事件（隕石撞擊）讓他顯得“生人勿進”。此時的大氣組成也與其他星球沒有什么區別，以水、二氧化碳、氮氣、甲烷等為主，完全沒有氧氣，所以也只存在寥寥無幾的地球生命，幾乎都是厭氧的原核生物。

但不久后，一種生物的出現改變了這種狀況，地球大氣的成分出現了變化，氧氣含量開始增加。在此后大約3億年的時間里，氧氣含量從約0.02%增加到了約1%～2%。從此，地球開始變得獨一無二：各種各樣的動物和植物開始出現，變成了生命的樂園。

這種改變世界的生物就是藍藻。

當時的地球上，陽光、水和占當時空氣大部分比例的二氧化碳等光合作用所需的原料可謂取之不盡、用之不竭，因此，第一種可以進行光合作用的生物——藍藻得以大展身手。不過，這個改變世界的過程并不順利，在光合作用出現后的很長一段時間里，大氣中都沒有什么氧氣。因為，古海洋中還存在著一種藍藻的競爭對手，那就是產甲烷菌。產甲烷菌進行呼吸作用，不斷制造甲烷，甲烷遇到藍藻產生的氧氣，就會反應生成二氧化碳，氧氣根本沒有機會離開海洋進入大氣。即使有少部分的氧氣逃離了海洋，也很快被巖石中的鐵和大氣中的氫等元素吸收了，并沒有發揮大作用。

即使一直處于下風，藍藻也沒有放棄與產甲烷菌的競爭，3億年后，命運的天平終于開始向藍藻傾斜。隨著時間的推移，地球的“脾氣”慢慢變得溫和了，地殼運動趨于平緩，火山活動減少，在火山爆發過程中大量釋放的鎳元素也開始減少。鎳元素是產甲烷菌生存的必要元素，一旦鎳元素不足，產甲烷菌就會因代謝失衡而死去，因此產甲烷菌的數量開始大幅下降。產甲烷菌數量的減少給了藍藻發展壯大的機會，甲烷產量減少也使得與之反應的氧氣數量減少，越來越多的氧氣能逸出海洋進入大氣了。

甲烷的減少還使得地球的溫室效應進一步減弱了，溫度下降，大雨頻頻。巖石表面的鐵氧化物和磷氧化物被雨水沖刷進入了海洋，海水的富營養化進一步促進了藍藻的繁衍和生長，藍藻的數量第一次全面壓制了產甲烷菌，至此，地球大氣中的氧氣越來越多。

當然，打敗了產甲烷菌，還有許多生物靠吸入氧氣、呼出二氧化碳生活。再加上地球時不時地“鬧脾氣”，氧氣的增加并不是一條直線的。但無論如何，藍藻曾靠一己之力改變了地球大氣層。

地球變成雪糕球

6～7億年前，地球曾經兩次變成一個大“雪球”。當時整個地球都被冰雪覆蓋了，平均氣溫降到了-50℃。全球海洋遭到極端氣候影響，完全冰凍，冰蓋厚度可達上千米，這一狀態持續了數千萬年之久。

為什么地球會被凍結？科學家們還沒有統一的答案，不過最廣為人知的理論認為，二氧化碳大量減少是地球降溫的主要原因。

在大約9億年前，地球只存在一個超級大陸——羅迪尼亞大陸。后來，羅迪尼亞大陸解體成了大量分散的小板塊，這些板塊的出現大大增加了地球上淺海的面積。淺海是藻類生物的發源地和聚集地，因此淺海面積的擴大極大地增加了藻類的數量，許多二氧化碳被藻類的光合作用給消耗掉了。

到了7.5億年前，解體的羅迪尼亞大陸重新匯聚，形成了岡瓦納超大陸，板塊碰撞處隆起了大批山巒。造山運動讓地勢迅速抬升，這讓地表巖石受到風化的面積增加了，巖石在風化過程中也消耗了大量的二氧化碳。在這種持續消耗二氧化碳的過程中，大氣中二氧化碳的含量迅速下降，帶來的后果就是氣溫驟降。

在長達千萬年不見天日的冰天雪地中，以光合作用為主的生物大量滅絕，只有少數生活在火山附近、赤道附近淺海區的植物存活了下來。生物們在這些相隔甚遠的點狀區域里茍延殘喘，獨自進化，慢慢出現了生殖隔離，沒有辦法進行基因交流。而區域內的近親繁殖則使得生物的突變增加，生命力下降。

不過，舊的不去新的不來，地球在凍結期間積累的物質和能量催生了更多的新生命。大雪球時期，冰川不斷研磨和侵蝕著巖石，大量的巖石碎屑會隨著冰川水流入大海。這些富含氮磷元素的巖石碎屑是藻類最愛的美食，為藻類的復興奠定了基礎。作為生產者的藻類的興盛無疑能夠帶動整個生態系統的大爆發。此外，由于雪球時期，許多生物滅絕了，空出了新的生態位，人均能分到的生活空間和營養物質更多了。多種因素作用下，生物的多樣性在雪球期后快速地恢復了。

一場大雪后，整個世界都變了樣。

持續百萬年的暴雨

2.5億年前，地球生物陷入了低谷期，70%的陸生脊椎動物和96%的海洋生物在剛剛過去的大災難中滅絕了。幸存下來的生物獨享了廣袤的土地和豐富的資源，眼看要過上好日子了。不料，好景不長，在2.34億年前，地球上突然下起了暴雨，這一下，就是幾百萬年，又有不少生物沒能熬過這場暴雨。

當時地球的陸地還是一塊整體，我們稱之為盤古大陸。海洋水汽很難穿越寬廣的盤古大陸進入到內陸，因此盡管沿海濕潤多雨，內陸卻常年被炎熱與干旱所籠罩。干旱時間一長，地球就壓不住自己的“脾氣”了，大陸各地的火山開始爆發，其中最嚴重的當屬現今美國的阿拉斯加和加拿大的哥倫比亞省附近的蘭格利亞火山，它一噴發就是500萬年。

恐龍在大暴雨中崛起

蘭格利亞火山向大氣釋放了大量二氧化碳，溫室效應明顯。通過對當時化石的氧同位素分析，科學家們發現，當時全球氣溫上升了4℃～7℃。高溫使得更多的地表水蒸發，還讓大氣水循環加速，更加猛烈的季風終于將海洋水汽輸送到了內陸，整個大陸都迎來了期盼已久的大雨。

可是沒想到的是，這場雨一下就是幾百萬年，不僅讓陸地動物難過，連樹木都承受不住地“哭”了。德國哥廷根大學的植物學家萊拉·塞夫拉發現，那個年代存在許多琥珀化石，這是因為植物分泌出了大量樹脂。而樹脂是植物在環境壓力過大的情況下分泌出來進行自我保護的，比如大暴雨時油脂可以起到隔離水汽、防止爛根的作用。不過，樹脂并不是萬能的，除了部分針葉植物承受住了大雨的肆虐，其余的植物都死去了。以植物為食的陸地動物，比如當時的世界霸主喙頭龍和二齒獸也因此走到了末路。

海洋生物也難逃大雨的威力。在雨水的持續沖刷下，巖石碎屑和粘土物質大量流入海洋，不斷吸收著海洋中的氧氣。再加上二氧化碳和甲烷使得氣溫升高，高溫導致氧氣逸出，海水含氧量下降，厭氧細菌開始在海洋中大量生長，釋放出大量甲烷和硫化氫等氣體。海洋中的植物和動物無法適應高溫缺氧的環境，紛紛倒下了。

不過，這場大暴雨后，也誕生了新的世界霸主——恐龍。在暴雨剛開始下的時間對應的巖石層里，恐龍化石占所有陸地脊椎動物的5%，但是到了暴雨快下完的時候，這個比例飆升到了90%。此外，在這場幾百萬年的雨落下之前，恐龍的祖先蜷縮在盤古大陸最南端，但是雨下完后，它們的足跡遍布了全世界。

看來，一場大雨也足以改變世界。