生命消失后，地球會怎樣？

（文/Bob Holmes）末日可以有很多種。有可能轟轟烈烈，比如鄰近的一顆超新星爆發(fā)，將致命的伽馬線噴灑到地球上；也可能默默無聲，比如出現(xiàn)一種超級病毒，能夠殺死所有的生物細胞。這兩種情形出現(xiàn)的可能性都微乎其微，卻也無法完全排除。不過，對它們的思考引出了另一個有趣的問題：如果所有的生命明天全部死亡，地球將會怎樣？

變化之劇烈，會超出你的想象。生命絕不僅僅是這顆星球物理結構之上的一層無關緊要的“感染”。從氣候及大氣化學，到地貌乃至板塊構造的形成，在大量看似與生命無關的過程中，活的有機體都扮演了重要的角色。

“生命在各處都留下了印記——它確實已經改變了整個星球，”加拿大不列顛哥倫比亞省維多利亞大學的地球系統(tǒng)科學家柯林·戈德布拉特（Colin Goldblatt）說，“如果你除掉生命，什么會發(fā)生變化？答案是，一切?！?/p>

那么僅僅為了消遣，讓我們假定最壞的事情已經發(fā)生，地球上所有的生物——動物、植物、海洋中的藻類，甚至生活在地殼內部數(shù)千米深處的細菌——都死亡了。所有的生命，俱往矣。之后會發(fā)生什么事情呢？

事實上，首先應當指出的是，什么事情不會發(fā)生。今天出現(xiàn)在死亡有機體身上的快速降解將不復存在，因為腐敗幾乎完全是由細菌和真菌造成的。降解還是會發(fā)生，但原因變成了有機分子與氧氣發(fā)生反應，因而非常緩慢。大部分尸體會變成干尸，有一些會在閃電引起的火中灰飛煙滅。

當然，大滅絕造成的影響還是會很快開始顯現(xiàn)：氣候變得更加炎熱干燥，尤其是大陸的中心地帶。這是因為森林和草原起到了大型水泵的作用。它們從土壤中抽出水分釋放到空氣中。美國加利福尼亞州斯坦福大學卡內基學院的氣候學家肯·卡德拉（Ken Caldeira）說，沒有了活著的植物，泵吸過程停止，降水量會在一周內減少。

植物葉片上的蒸騰作用也有助于為這顆星球降溫，就好像樹木在出汗一樣。因此，一個更加干燥的世界也會很快炎熱起來?？ǖ吕f：“我猜溫度會升高好幾度?！?/p>

在世界上的一些地區(qū)，這種影響可能會顯著得多。比如，亞馬遜流域就嚴重依賴植物釋放的水蒸氣來保持降水。德國馬普學會生物地球化學研究所的地球科學家阿克塞爾?克萊登（Axel Kleidon）說，失去植物之后，這樣的區(qū)域會急劇升溫——升幅可達8℃。

這還只是開始。年復一年，隨著越來越多的二氧化碳溜進大氣，地球將會繼續(xù)變暖。這主要是由于，海洋中不再有浮游生物將碳存儲到自己體內，又在死后沉入洋底。美國賓夕法尼亞州立大學的地球科學家詹姆斯·卡斯廷（James Kasting）說，這種“生物碳抽送泵”停止后，原本被抽空了碳的表層水，迅速與富碳的深層水達到碳平衡，這些多出來的碳有一些就會跑到大氣中。結果便是短短20年內，大氣中的二氧化碳便能夠差不多增長到原來的3倍——這足以使全球平均溫度升高大約5℃。

浮游生物的缺失還會造成另一種后果，因為它們原本會將大量名為二甲基硫的成分釋放到海洋上空的大氣中。這些分子在水蒸氣凝聚成云的過程中起到了種子的作用，尤其是幫助熱量從地球表面輻射出去的低空致密云團。卡德拉說，失去浮游生物之后，海洋上空形成的云蘊含的水珠幾乎立刻就會變大，因此云色變得更加陰沉，吸收的熱量也更多。這將在幾年至幾十年間，使氣溫再升高2℃。加上二氧化碳濃度升高造成的5℃度升溫，足以急劇增大極地冰蓋的消融速度。

隨著全球氣溫升高，更多的水從海洋中蒸發(fā)，因此降雨量會增大。但不是所有地方都會變得更加潮濕。多出來的雨量仍舊會落在今天的多雨地區(qū)，也就是風向匯集而使空氣抬升冷卻，令水蒸氣凝結成云的赤道地區(qū)。潮濕的地方會更加潮濕，沙漠則更加干燥——只是不會再有任何生物在乎了。

衣衫除盡

在上述事情發(fā)生的同時，地球最終還將失去土壤。沒有了植物根系的固定作用，土壤會被沖刷掉。在多雨的山區(qū)環(huán)境中，這將耗時幾個世紀。地勢平緩的地區(qū)則要花費長得多的時間。美國加利福尼亞大學巴克利分校的地貌學家威廉·迪特里希（William Dietrich）說，在亞馬遜流域這樣的地方，可能要歷經幾萬年，土壤才會被徹底沖走。

所有這些被剝離的土壤都必須有個去處。大部分將被河流攜帶到幅員遼闊了許多的三角洲和沖積扇，在那里進入最終的歸宿——海洋。

河流也會發(fā)生變化。有賴于植物的根系延緩河岸遭受的侵蝕，我們今天熟知的河流形態(tài)是深而蜿蜒的，河水不會在地表漫延。美國西雅圖市華盛頓大學的地理學家彼得·沃德（Peter Ward）說，這些根系消失之后，水流會開始切蝕河岸，由一條主要的水道演變成一組交織成網的溪流，就像如今在沙漠里或者冰川底部看到的景象一樣。這樣的事情曾經發(fā)生過：2.5億年前的二疊紀大滅絕期間，河流突然間由蜿蜒曲折變成了洋洋灑灑。

隨著土壤的消失，世界的沙漠化也會更加嚴重。今天司空見慣的精細黏土沉積物，大體上都是蚯蚓和其他有機體對土壤進行物理分解的副產品。沒有了這些生物，分解基巖的機制將只剩下冰融爆裂和風蝕，因此碎片將稀少而粗大。

這種看似微不足道的尺寸變化，經過幾十萬年的累計，將造成兩個重大后果。最容易看到的是地貌的改變。更大的石塊在溪流與江河中產生更加粗糲的沉積物。經年累月之后，入海的水道以及谷坡越來越陡峭。美國科羅拉多大學博爾德分校的地理學家彼得·莫爾納（Peter Molnar）說，“很容易想象得到，你會見到更加崎嶇的地貌。”

排水模式的變化也會加劇這種水流切蝕作用。盡管內陸地區(qū)的雨雪可能會減少，但失去了保持水分的土壤，任何一點降水都只能以短暫洪水的方式排掉。美國麻省理工學院的地貌學家泰勒·佩容（Taylor Perron）說，由于大多數(shù)侵蝕發(fā)生在洪流中，這可能意味著一些地區(qū)的河流對基巖的切割比今日更深，盡管它們攜帶的平均水量會減少。

不過在其他地方，切蝕河谷最有效率的力量——雨雪和冰川的減少可能會減緩侵蝕。別管總體上侵蝕速率的天平傾向哪邊，由于改變了造山運動與侵蝕之間的平衡，幾百萬年之后，山脈的高度和形狀終歸要發(fā)生變化。迪特里希說：“樹木對山巒的重要性，并不是過于風花雪月的話題?！?/p>

這些變化仍舊是相對比較細微的。正如火星表面的照片清楚展現(xiàn)的那樣，一個沒有生命的世界對我們來說并非全然陌生?！澳闱浦切┱掌蜁耄?，跟亞利桑那和新墨西哥差不了多少，” 迪特里希說，“石頭很多，土壤很少，但不至于像是外星球?！?/p>

等你看過溫度計就不會這么想了，這是因為風化和沉積顆粒尺寸的增大會降低巖石的化學風化率——這是地球氣候調節(jié)過程中一項重要的反饋，由此將對氣候造成令人驚訝的巨大改變。化學風化是指硅酸鹽與二氧化碳發(fā)生反應生成碳酸鹽化合物。這些碳酸鹽最終會來到洋底，在那里碳被固定到石灰?guī)r中。生物將基巖分解為精細的顆粒，便會增大巖石的總表面積，因而加速了化學風化。

美國華盛頓霍華德大學的生物地球化學家戴維·施瓦茲曼（David Schwartzman）說，到底加速了多少尚有待定論，不過少量證據表明，生物將風化率提高了10至100倍?；瘜W風化減弱之后，大氣中的二氧化碳含量會升高，直到風化率達到新的平衡。施瓦茲曼估計，經過一個大約100萬年的過程，二氧化碳增多將使平均氣溫從今天的14℃上下提升到50甚至60℃。這樣的氣溫足以輕易融掉所有的冰蓋。

氧氣消失

二氧化碳積累的同時，氧氣將消失。早期的地球中幾乎沒有氧氣分子。這種氣體過于活躍，如果沒有穩(wěn)定的補充便會消耗干凈。距今大約26億至30億年前，光合作用開始生成氧氣，之后氧氣在大氣中才越來越多。生物死亡之后，氧氣會逐步消失。美國華盛頓大學的行星學家戴維·卡特林（David Catling）說，大約1000萬年之內，大氣中的氧氣含量將不足現(xiàn)在的1%。

這么低的氧氣含量不足以保持臭氧層。失去了這層保護傘，地球表面便要遭受紫外線的持續(xù)轟擊?？ㄌ亓终f：“紫外線成災的狀況將在1000萬至2000萬年之后出現(xiàn)?！?/p>

失去氧氣還會使這顆星球更加單調。富鐵的巖石不會再氧化成為人所熟知的微紅色?？ㄋ雇⒄f：“地表上的灰色會越來越多?！辈贿^亮點也是有的。黃鐵礦和瀝青鈾礦等閃閃發(fā)亮的礦物，需要貧氧環(huán)境才能形成。它們在早期的地球上曾經很常見，氧氣消失之后也將繼續(xù)形成。

沒有氧氣卻富含二氧化碳的大氣，大陸表面裸露的基巖，時隔幾十億年再次開始形成的礦物——對地球科學家來說，所有這些聽起來都熟悉得堪稱怪異?？ǖ吕f：“如果你除掉生命，等待1億年，我猜這顆星球看上去會像是從來沒有過生命一樣。”其他人也表達過同感。

不過，地球無生命的未來與其無生命的過往，有一點重要區(qū)別。地球剛剛形成時，太陽比現(xiàn)在暗淡大約30%，之后一直在慢慢變亮，因此早期地球大氣中充足的二氧化碳有著防止地球被凍成一團的好處。在現(xiàn)代炎熱得多的太陽的照耀下，二氧化碳更有可能將地球環(huán)境推向極端。

事實上，戈德布拉特認為，失去生命將完全打破氣候平衡。一些模型表明，如果氣溫達到了一定的高度，大氣中增加的濕度就會引發(fā)失控的溫室效應，由此升高的氣溫會使大氣中含有更多的水蒸氣——這是一種很有效率的溫室氣體——反過來又令氣溫在惡性循環(huán)中進一步升高。他說：“有理由認為，今天的地球可能已經逼近了這個閾值。”

人類造成的氣候變化似乎不足以將我們帶到那種境地，戈德布拉特強調?！拔覀兲接懙氖呛甏蟮枚嗟淖兓?。不過我們不知好歹地游戲了幾百萬年，因此我認為，我們面臨失控的溫室效應還是很有可能的?！痹跇O端情況下，氣溫足以升高到將海洋蒸發(fā)干凈，因此，這顆星球的表面溫度最終可能會超過1000℃。他說：“失去生命后的地球是什么樣子，這個問題的答案很可能就是——金星。”

另外一些模型沒那么悲觀——如果討論幾億年之后某件推測性事件時用這個詞合適的話。英國埃克塞特大學的氣候模型專家彼得·考克斯（Peter Cox）說，金星成為今天這樣的火爐，或許是因為它的板塊運動在其演化早期便停止了。他認為，板塊運動仍然活躍的地球會繼續(xù)通過地殼的隱沒將碳埋起來，使大量二氧化碳無法進入大氣，從而避免一場失控的溫室效應。

不過這種觀點也面臨著潛在的問題，因為生命消亡之后，地殼的隱沒可能會減慢。沒有生命，在隱沒區(qū)潤滑板塊運動的精細粘土顆粒就會大為減少。美國加利福尼亞州斯坦福大學的地球物理學家諾姆·斯利普（Norm Sleep）說，這足以減緩甚至止住板塊運動。

看起來，對一個沒有生機的地球做出的長期預測，不足以令人欣慰。失去了生物圈，地球看起來或許不至于徹底改頭換面，但是它的環(huán)境可能會惡劣得多：更炎熱、更崎嶇，輻射無處不在，降水不是太多就是太少。長此以往，地球最終可能會變成一個完全無法居住的地方。

當然，除非發(fā)生一些不同尋常的事情。沒人確切了解生命是如何起源的，但有一點似乎很明確：地球冷卻到能夠供養(yǎng)生命之后僅僅幾億年，生命便誕生了。滅絕事件發(fā)生后，同樣的事情可能會迅速重演。畢竟，大氣中不利于前生物化學反應的氧氣會消失殆盡，有機分子則分布得廣泛而充裕。最棒的一點是，不會有已經存在的生命吞食掉這些先驗性的步驟——對于地球的第二次創(chuàng)世來說，這本會是一個攔路虎。

事實上，一個寸草不生從零開始的地球，也許是未來全新的生命形式能夠期盼的最好的禮物。

編譯自：《新科學家》，Lifeless Earth: What if everything died out tomorrow?