BBC科普三部曲(印章版)伊恩斯图尔特等著樊登尹烨李永乐动人解读入选2020年中小学生阅读指导目录 随书附赠解读课程

“BBC科普三部曲”是一套经典作品，中文版出版已有10年。它打破了碎片化、词条式的阅读，以系统、动态、纪实的手法，展现了这个缤纷多彩的世界，告诉我们自然力量如何塑造了地球和生命的奇迹。但是，我们对海洋的了解还不到5%，3000万种动植物终生都在为生存而奋斗。我推荐这部鲜活的自然历史科普作品，给所有热爱大自然和这个星球的人！
—— 郑永春 行星科学专家、科普作家、卡尔·萨根奖获得者

《地球：行星的力量》

序言
切尔斯基是俄罗斯东北部的一个城镇。这里寒冷而偏僻，是地球上荒凉的地区之一：到处是一望无际的泥地、沼泽和湿地。这里就是西伯利亚冻土带。切尔斯基位于一片泥炭沼泽区内，一年的大部分时间都是冰封的，其面积和法国相当。目前这里的人口仅有2 万，许多是当地的雅库特人，他们以放牧驯鹿为生。

在地球上，除了南极洲，几乎没有什么地方比这儿更荒凉了。这个地区因其寒冷和偏远而得名，因此，曾被选为战俘集中营。在这里几乎不费吹灰之力就能把犯人监禁起来，因为他们无处可逃。如今，集中营已不复存在，但是，这块土地却仍然具有惩戒的意味。没有充足的理由，一般人是不会去那里的。但对科学家而言，该地区可能会对探索地球的未来起到关键作用。

西伯利亚的夏天是短暂的。其间，冰封的地面融化开来，冻土带变成一块由湿地和湖泊组成的浸过水的“拼布”。血湖位于切尔斯基市郊，它的名字源于该地区关于古拉格的可怕的历史。冬天，就像这里有的湖泊一样，血湖也会全部冻结，湖面上覆盖着不透明的灰白色冰层，大约1 米厚的冰层能够安全地承受一个人或一辆雪地摩托车的重量。但是，有一年春末我去那里的时候，发现湖面的冰层变得很薄，比之前更容易脆裂了。而且，湖面边缘出现了深色的斑块，薄薄的冰面已经变得像玻璃一样透明了。我们可以看到封在冰层下面的气穴，以及从湖水深处不断往上冒的小气泡—血湖像是在装死，它微弱地呼吸着，像是在等待着从那冰冷的坟墓中解脱出来。然而，这些并不是普通的空气气泡。如果将冰层刺穿，然后用火焰对准咝咝冒出的气体，一股炽热的气流就会喷射出来。在一两分钟的时间里，熊熊的火焰就会照亮极地的夜空。火焰和周围的落叶松林一样高，像是有几百升气体在燃烧。前行几米，你很快便会发现其他气穴。在那里，你可以重复相同的实验。实际上，这个地区几乎有的湖泊都会排放出同样奇怪的气体：一种无色、无味、极易燃烧的气体，这些都足以说明西伯利亚冻土带正在泄漏甲烷。

甲烷是地球上主要的温室气体之一。它或许不像二氧化碳那样广为人知，但它的危害也很大：同等质量甲烷在大气中吸收的热量是二氧化碳的21 倍。这就是说，即使甲烷的泄漏量相对较少，也有可能对气候产生巨大的影响。自上个冰期以来，西伯利亚地区的甲烷就一直被封在多年冻土层中。只有上面大约半米厚的冻土层会在夏天融化，又在冬天重新结冰，而其下深达1 000 多米的地层却是永久冻结的。自一万年前的冰期以来，只有极少量的甲烷从这块冰封的土地下面逃逸出来，但是现在，这里的热量似乎已经被调高了。

在地球上，北极地区的温度上升得比其他任何地区都要快。在阿拉斯加，春天的到来比半个世纪前提前了两周。自1950 年以来，内陆气温升高了2℃，多年冻土层的气温上升了2.5℃。西伯利亚可能正在以更快的速度变暖。在过去10 年中，该地区的平均气温大约上升了3℃。同样，自20 世纪80 年代初开始使用卫星观测以来，这里的春天大约每年提前—天。从阿拉斯加横跨加拿大北部，再到西伯利亚地区，你会发现多年冻土层正逐渐变成泥浆，坚固的地基塌陷，致使公路和建筑物下沉断裂。一年的大部分时间里，冰封的河流原本充当着公路，如今可以在上面开车行走的时间变得越来越短了。越来越多的土地变成沼泽，而且每年都有不断蔓延的趋势。当西伯利亚多年冻土层融化的时候，那里的甲烷就会喷涌而出。

据估计，西伯利亚多年冻土层中的甲烷含量是地球陆地甲烷总量的1/4。这里的湖泊正在融化，甲烷也正以越来越快的速度泄漏。更糟糕的是，随着冻土带的气温逐渐升高，积雪的覆盖面也不断减少，这样一来，冻土带融化的速度会更快，因为裸露的土壤会吸收太阳的热量，而不是像积雪那样把热量反射回太空。一旦酝酿已久的甲烷找到突破口，就会源源不断地向外排放，永不停歇。

这听起来像另一个全球变暖的恐怖故事，不同的是，许多地质学家认为在此之前也发生过类似的情况。有人认为，大约5 500 万年前（早在冰期以前），数万亿吨甲烷从海底沉积物中逃逸出来，又在大气层中聚集了数千年，导致地球表面的平均气温从18℃上升到了24℃② ；相比之下，目前全球平均温度大约是15℃。所以，在当时整个世界都被改变了。湖水蒸发，很多海洋消失，森林变成灌木林，灌木林再变成荒漠。极地冰川融化，北冰洋的温度变得和今天的热带海洋一样高。北极圈的松林痕迹就是那时候留下来的。当时在暖流的作用下，这些树木长得非常茂盛，而现在，只有一些地衣和苔藓能在这里存活。动物向新大陆迁徙，到达那些曾经被冰川或海水阻隔的地区。但也有不利的一面：由于气候的变化，海洋遭受毒害，海水深处缺氧，造成数百万海洋生物死亡，许多物种濒临灭绝。

今天，我们排放到大气中的温室气体促使地球气温持续上升，且比5 500 万年前上升得更快。如果气候的变化也将封存在北冰洋多年冻土层或海底沉积物中的甲烷释放出来，那么，全球变暖的速度就会超出预期。种种迹象表明：以前发生过的情况很可能再次发生。

近几十年科学家才开始探索地球对人类强加给它的变化究竟会敏感到何种程度。要使生命能够在地球上存活，就需要有稳定的气候，而这有赖于海洋、陆地和大气之间隐形的动态网络连接。海洋、陆地和大气这些元素组成了这个世界，它们表面上相互独立，但事实上，它们就像安装在一台复杂机器上的齿轮一般紧密地配合运转，并设法通过物质和能量之间的不
断交换来维持气候平衡，从而使地球成为宜居星球。但问题是我们这个相互连通的世界不仅是复杂的，而且是多变的，即使系统中的某个部分发生一些看似微小的变化，比如从融化的西伯利亚沼泽中泄漏出来的甲烷，也能通过相互之间的连锁反应在全球产生深远影响。

空气革命
18 世纪60 年代，英国机械工程师詹姆斯·瓦特开始修补一台设计巧妙但效率低下的蒸汽机，可他并不知道，自己即将开启的不仅仅是一个新的工业时代，还是一个新的地质时代。

瓦特对蒸汽机的改良设计将引发一系列连锁反应：煤、铁的使用量开始爆炸式增长，工业产品的生产迅速扩大，新的运输方式不断涌现。虽然工业革命的专业技术在全球飞速传播，但是它所具有的更多潜在作用还处于积累阶段。自18 世纪80 年代以来，南极洲和格陵兰岛冰封的荒原上就覆盖着层层积雪，它们记录了温室气体二氧化碳和甲烷增加的过程。这个过程虽然缓慢，却是显而易见的。大约在同一时期，湖泊里的淡水生物开始适应全球范围内新的化学变化。现在，许多科学家把18 世纪后25 年当作一个关键时期，因为那时人类对环境的影响已开始呈现出全球化趋势。人类在地球自然力的支配下生活了几千年，现在终于
开始掌控这个星球了。我们已经进入一个新的时代，也就是有些科学家所说的新地质时代：人类世。

当工业激烈扩张的时候，有些人已经预见到这个世界可能会发生改变。事实上，“温室气体”这个看似非常现代的概念，却是法国数学家和物理学家约瑟夫·傅立叶于19 世纪20 年代提出的。傅立叶在当时就认识到，地球所吸收的来自太阳的热量和它发射回太空的热量并不相等。他还意识到，这种不平衡有一部分是大气层造成的，在大气层的作用下，发射回太空的热量不能完全散发出去，因此，地球表面变得越来越暖和。如今我们都知道，这种温室效应对生物起着至关重要的作用—如果没有它，全球气温将会下降到-18℃，而不是现在的15℃。当时，傅立叶是一个推测出人类活动很可能对储存在大气层中的热量的多少产生影响的人，尽管他还不能非常确定其中的原理。19 世纪50 年代，英国科学家约翰·丁达尔的计算更接近了傅立叶的推断：大部分热量被水蒸气和二氧化碳吸收了，而这部分气体加起来仅占大气的1%。

今天，我们可以清楚地了解到大气中的二氧化碳是怎么回事，因为近半个世纪以来，位于夏威夷冒纳罗亚火山顶的某个气象观测站一直准确记录着这一情况：自1958 年以来，这扇“天空之窗”收集了充分的证据，证明了我们的星球一直处在变化中。在过去的半个世纪内，空气中的二氧化碳浓度已经稳步上升了大约22% ，目前还在以每年约2ppm 的速度增长，并于2007 年2 月达到384ppm ，即每100 万个干洁空气的分子中含有384 个二氧化碳分子。这个含量看似微小，却意味着二氧化碳含量比工业革命之前增长了37%，也说明当时的二氧化碳浓度只有280ppm。我们测量了以前封存在南极洲和格陵兰岛的气体，并通过气泡中的化学物质了解到这一点。实际上，这份关于大气层的冰封档案至少可以追溯到65万年前（早在我们能够准确计量时间的时候）。相比之下，今天的二氧化碳达到了有的浓度值。