2015-08-04 11:43:00幻羽

這是個轉化無休止的地球嗎?(1)



這是個轉化無休止的地球嗎?(1)
 

地球的未來可以由幾個地球長期的轉變估計,包括地球表面的化學狀態、地球內部冷卻的速度、地球與其他太陽系行星的攝動,以及太陽光度穩定的增長。這個估計當中有一個不明朗的因素,在於人類科技的發展對於地球所作的持續變化,包括可以對地球造成明顯變化的地質工程。目前的生態危機主要是由人類科技發展導致,而其影響可能會持續長達500萬年。科技發展亦可能導致人類滅絕,使地球回復到緩慢的進化步伐及長期的自然過程。

在數以億年計的時間尺度,隨機的天體事件可以對全球性生物圈帶來威脅,這可能會導致物種大滅絕。這些天體事件包括100光年內的超新星爆發,直徑為5-10公里(3.1〜6.2英里)以上的彗星或小行星。其他大型地質事件更具可預測性。如果忽略全球暖化的長期影響,米蘭科維奇迴圈估計地球將會繼續處於冰期至少到第四紀冰河時期結束。這是由地球軌道的離心,轉軸傾角及進動現象的因素導致。隨著超大陸旋回的進行, 地球板塊將可能在2.5至3.5億年間形成一個超大陸。在15至45億年後, 地球的轉軸傾角可能出現最多90度的變化。

在未來40億年中,太陽的光度會持續增加,令抵達地球表面的太陽輻射亦持續上升。這樣會令矽酸鹽的風化作用加速,並使地球大氣的二氧化碳濃度下降。在6億年內,大氣中二氧化碳的濃度將低於維持C3類植物光合作用所需的水準。 C4類植物雖然能在二氧化碳濃度低至百萬分之十的環境下生存,但長期來說地球的植物是趨向滅亡,而動物也會因欠缺氧氣的補充在數百萬年後滅種。

在11億年後,太陽光度將高於目前10%。 這足以令大氣層成為“溫室”,使海水大量蒸發,而板塊構造很可能到此結束。然後,地球的核心發電效應也會消失,令大氣的磁層衰減,大氣外層的揮發性物質會加速散失。40億年後,上升的地球氣溫會引發逃逸溫室效應,至此幾乎所有生物也會滅絕。地球最有可能的命運是,75億年後進入紅巨星階段的太陽膨脹到地球的軌道,並把地球吸收。

人類活動的影響

人類對地球生物圈有關鍵影響,其龐大的人口主導著地球上許多生態系統。現階段人類活動已經產生了地球表面顯著的變化。超過三分之一的土地面積被人類改動,並使用了全球約20%的初級生產。工業革命以來,大氣中二氧化碳的濃度增加了近30%。這導致了廣泛及持續的物種滅絕,總稱為全新世滅絕事件。自20世紀50年代以來,人類活動所造成的大規模物種滅絕占總物種數約10%(截至2007年)。目前大約有30%的物種有在未來一百年內滅絕的危機。現代的物種滅絕事件主要是棲息地的破壞,廣泛分佈的入侵物種,人類的狩獵活動及氣候變化的結果。物種滅絕的後果會持續至少500萬年。這可能會導致地球生態的生物多樣性下降。

目前有多個已知可對人類生存造成威脅甚至使人類滅亡的危機。這些由人類自身造成的危機包括奈米科技的誤用、核戰爭、基因工程造成的疾病,或由一些物理實驗所造成的大型災難。同樣,一些自然事件可能造成世界末日的威脅,包括致命性的疾病,小行星或彗星的撞擊事件,失控的溫室效應及資源枯竭。然而,計算這些情況發生的實際可能性十分困難。

如果人類滅絕,人類建造的各樣建築物將開始腐爛。大型建築物的半衰期估計約為1000年。能存在最長時間的建築物​​有可能是露天礦場、大型垃圾填埋場、運河、主要公路及大型水壩。一萬年後,幾個巨大的石碑如吉薩金字塔群或拉什莫爾山仍可能以某種形式生存。

超大陸旋回描述的是地球的大陸地殼准週期性的聚合和分離。對於地球的大陸地殼的總量是增加、減少還是維持不變,有種種不同的觀點,但是有一點是各家都認同的,即大陸地殼在持續不斷地發生改組。大陸碰撞造成了數量更少但面積更大的大陸,而大陸分裂造成了數量更多但面積較小的大陸。距今最近的超大陸——泛大陸——形成於3億年前。在它之前的超大陸—潘諾西亞大陸,或叫大岡瓦納——形成於6億年前,其分裂後形成的碎塊最終碰撞形成了泛大陸。但在潘諾西亞之前,兩次超大陸的時間間隔變得十分沒有規律。例如,在岡瓦納之前的超大陸羅迪尼亞大陸存在於約11億年至7.5億年前,距岡瓦納的形成僅有1.5億年。再往前的超大陸哥倫比亞大陸存在於約18億年至15億年前。再往前的超大陸叫凱諾蘭大陸,存在於約27億至21億年前。超大陸烏爾大陸存在於約30億年前,而超大陸瓦巴拉大陸則存在於約38億至36億年前。總體來看,一次完整的超大陸旋回將歷時3億至5億年。

超大陸旋回假說在某些方面是威爾遜旋回的改進。威爾遜旋回是以板塊構造論的先驅約翰·圖佐·威爾遜的名字命名的、描述洋盆週期性的擴張和閉合的假說。因為最老的洋底只有1.7億年的歷史,而大陸地殼上最老的部分已有40億年或更多的歷史,所以有必要對那些記錄在大陸上的久遠得多的行星的律動做出強調。

隨著超大陸旋回的進行,構造期也發生更替。

在超大陸的解體期間,張裂環境的面積最大。之後,一部分張裂環境轉為被動邊緣環境,與此同時,洋底繼續擴張,大洋增生。接著,碰撞環境開始不斷發展,隨著時間的推移,越來越佔據主導地位。最先的碰撞發生於大陸和島弧之間,但最終會導致大陸-大陸碰撞。在古生代超大陸旋回中已經觀察到了這一過程,在中生代-新生代超大陸旋回中,這一過程還在進行,正在人們的觀察之中。

全球氣候有兩種類型:冰室(Icehouse)和溫室(Greenhouse)。

冰室以頻繁的大陸冰期和嚴酷的沙漠環境為特徵。我們現在正處於一個向溫室演化的冰室階段。溫室則以溫暖的氣候為標誌。這二者都可以對超大陸旋回有所反映。冰室氣候:

a大陸會聚:

由於洋殼缺乏增生,海平面下降。

氣候變冷幹。

伴隨有文石海。

形成超大陸。

溫室氣候。

b大陸分離:

海平面升高。

海底擴張大規模進行。

大洋裂谷區產生較大量的二氧化碳。

c氣候變暖濕:

伴隨有方解石海。

冰室氣候的時期:新元古代的大部,晚古生代,晚新生代。

溫室氣候的時期:早古生代,中生代-早新生代。 

進化的根本機制是多樣性種群中的自然選擇。生物多樣性是隔離的結果。當大陸會聚時(一個大洋,一個大陸),隔離的程度較輕,生物的多樣化程度也較輕。從晚新元古代到早古生代,當後生動物的爆炸式進化發生時,大岡瓦納的解體造成了海洋環境的隔離。大陸和海洋的南北向排列導致了比東西向排列多得多的隔離和多樣性。由此形成了被水面或陸地隔開的、與不同的氣候帶相融合的生物區,區與區之間還有南北向的生物聯繫通道。假若同樣的大陸和洋盆在形成的時候是東西向排列的,那麼就會導致少得多的隔離、生物多樣化和較慢的進化。在新生代,由於洋盆和大陸的南北向排列,同樣出現了最大程度的隔離。

以科的數目衡量的生物多樣性的變化週期,和超大陸旋回有很好的吻合。(續)