有人说,再有50亿年地球就会消亡。但科学家最近的研究结果表明,用不了10亿年太阳就会把地球变成炼狱。
永恒是相对的。我们这代人已经知道,等太阳耗尽自身的氢时,地球的末日也就到了。虽然就目前的情况来看,太阳的氢至少还可以维持50亿年,地球似乎可以永远和太阳相伴,但是,无论如何,地球已经和太阳共舞了46亿年,总会有曲终人散的那一天的,更糟糕的是,那一天也许会比我们想象得来得要早——也许用不了50亿年,再过10亿年甚至5亿年,地球就会从太阳系这个大舞厅中消失掉的。有一点是可以肯定的,在太阳耗尽自身的氢以前,地球上就不会再有生命了。因为此时的地球会越来越热,地球表面上的海水会蒸发掉,二氧化碳也会耗尽的。届时,地球表面看上去可能会很像水星,表面上布满了原来的海洋的痕迹(但愿此时的人类已经掌握了星际旅行的技术,可以星际大移民了)。
地球的安全气囊——大气层
地球的大气层犹如地球的铠甲,对地球起到了很好的保护作用。太阳光子冲入大气层的上层后,大约有1/3被反弹回了太空中,其余的光子不是被大气层吸收掉就是达到地球表层,给地球带来了温暖,也给地球各地带来了温差,于是地球上有了风雨,还引发了光合作用。当然,如果你不小心的话,还会使您的皮肤晒伤。
云层和冰层都能有效调节大气温度,但只是短期的,调节大气温度主要依靠大气中二氧化碳和地表气温之间的关系。世界上大部分的碳以碳酸的形式存在于岩石中。地球气温升高则意味着物质腐蚀的速度也就更快。也就是说,气温越高,硅酸矿石分解的速度就越快。这样,就会发生一系列连锁反应:硅酸矿石中分解出来的钙流失到海洋,钙在海洋中同碳酸结合形成贝壳、珊瑚等等,这些东西最终会沉降到海底。而海洋中的碳酸又是由大气中的二氧化碳提供的。这样,原本是空气中的二氧化碳最终成了海中的硅酸矿石。
有些科学家认为,在过去的四十几亿年中,正是这一转化过程调节着大气,使地球温度基本上处于稳定状态。
不过,含有温度调节机制的地球的安全气囊——大气层在面对太阳能量辐射越来越大的变化时,就有点无能为力了。
太阳熔炉
自从太阳星云旋转成为太阳的雏形,内部温度和密度逐渐升高,氢开始熔化为氦,形成太阳一生中的主要阶段。据估计,在太阳120亿年的寿命中,这一阶段要持续110亿年。此后,太阳的生命将进入第二阶段,成为一个巨大的红色火球,并逐渐衰亡,形成被不断延展的行星星云包围着的炙热的白矮星。此时的太阳已经寿终正寝了。
太阳的能量都来自太阳的核心。这个核心简直是个原子熔炉,根据爱因斯坦著名的E=mc2公式,太阳的核心每秒钟能将6亿多吨氢熔化为氦,将相当于430万吨的物质转化为纯能量(主要为热和光)。
在这一反应过程中,每4个氢原子核熔化为一个氦原子,太阳的辐射能量就是这么产生的。这一反应过程说起来容易,实际上要克服很多能量障碍:氢原子核需要几十亿年的时间才能去掉相互排斥力,从而保证整个过程像反应堆一样运作有序,而不是像炸弹那样骤然爆炸。在氢熔化为氦时,质量几乎没有改变但核心的粒子的数量减少了。太阳内部核心收缩,而且比以前更热,使太阳内部的压力越来越高,不断向外扩张,而太阳的外层则慢慢膨胀。与此同时,太阳内部密度和温度上升也带动核反应的效率,使太阳更亮了。
目前,太阳的寿命为50亿年。从亮度、大小以及温度等方面来看,现在的太阳的状态非常稳定,好像会“永葆青春”。但模拟试验表明,太阳消耗的能量会缓慢却是持续地增加,太阳的氢将最终会消耗殆尽。在未来11亿年中,太阳的辐射强度会暴涨10%,表面温度会升高1%,从5500摄氏度升高到5560摄氏度。当然,对天体物理学家而言,温度升高1%不是什么重要变化,因为他们每天所处理的能量太大了,但对于气候学家而言,这一变化则太大了。美国海军研究试验室的科学家莱恩甚至认为,太阳辐射能量变化0.25%时,就足以对地球气候产生重大影响了。莱恩的研究重点是太阳黑子(周期为11年)同太阳辐射变化的关系以及太阳辐射的变化对气候的影响。即使是太阳活动的短期异常,太阳辐射缓慢增强也会对地球产生重大影响,甚至会使太阳本身的黑子数量增加。美国有些著名的天体物理学家虽然对莱恩的观点持怀疑态度,但也同意,太阳辐射持续增强的话会对地球大气层带来不利影响。
地球的反应机制越来越弱
也许有人会怀疑,太阳的细微变化真的会严重影响地球天气吗?只要看看16世纪中叶到17世纪的历史记录就会明白的。不知道什么原因,在这一历史时期内,太阳黑子周期几乎完全没有了。这就是天文学家所说的蒙德极小时期,历史学家则称这一时期为小冰河时期。这也是自从一万年前上次的大冰河时期以来最冷的历史时期:挪威和瑞士的冰川延伸到山谷里,破坏了很多农场,英国境内的泰晤士河有史以来首次结冰。根据丹麦天文学家的记录,16世纪最后20年里,冬季的平均气温下降了1.5摄氏度。在这一时期,欧洲人口徘徊不升,庄稼歉收,谷物价格上扬。地球上这一巨大变化的原因来自天上的太阳。太阳的活动可由树木年轮中放射性碳14等的含量推算出来,科学家在计算过树中放射性碳14的含量后,发现小冰河时期太阳辐射能量降低了0.25%。
如果太阳辐射降低0.25%就能对地球气候造成这么严重的影响,辐射升高同等程度会产生什么样的后果呢?根据美国太空研究机构的模拟计算,后果不太乐观。当整个太阳的辐射升高0.25%时,地球表面的温度会升高半摄氏度。
当然,预测未来地球气候对太阳变化所产生的反应的都是根据目前掌握的条件进行的。所以,预测的越遥远,预测的准确性也就越小。气候学家一般不把10亿年以后的气候条件作为研究对象,所以上升结果应当是地球气温在10亿年内的变化。在这10亿年中,太阳辐射强度将会增加10%,地球上的气温就会升高20摄氏度。
这将是灾难性的,因为全球气温升高3摄氏度就会使海平面升高40厘米。世界各大洲沿海的主要城市淡水供应以及沿海的湿地等保护区将会被海水淹没。
气温升高20摄氏度的后果将是不堪设想的。极地冰盖将会融化掉,全球气候严重失调。世界各地的风暴频率和危害程度都会大大提高。有人会说,那也不用着急,因为那时候人类科技将会十分发达,说不定会轻而易举地解决这些问题呢,至少会确保人类不会灭绝。但即使如此,届时我们面临的最小的难题就是如何忍受极为炎热的天气。
未来灾难大图景
很难想象人类将怎样在这些灾难中逃生。或许,未来系统的主角将是深海火山喷发出的硫。那时候,人类大概要烤管蠕虫或者烤大蛤维持生命了。因为只有这样的海洋动物才能在高温、有毒气体萦绕的海底火山口生存。或许有人会说,那也不错,我们毕竟还有烤肉吃。但是要知道,这只是大灾难的序幕,在大约10亿年内,地球的同温层将会变湿,有光化学知识的人都知道,这意味着水会被紫外线分解,自由状态下的氢会永远消失掉的。这就意味着,海洋中的水汽化,所有残存的生命形式都要灭绝了。
这样看来,在大约10亿年内,在太阳的氢远未耗尽前,地球上的生命就要在残酷的条件下灭绝了。
当然,这一模拟系统没有考虑温度较高的云层的效应。但是,云层的影响非常难以推测。云层或许会迟滞全球变暖的速度,但也是杯水车薪。在3亿年或者8亿年后,地球上的生命就开始稀少了。微生物或许会在地下苟延残喘一些时日。
地球生命大灭绝将是一幅什么样子呢?我们是无法看到了——可以算作不幸中的万幸吧。近来,天文学家认为太阳在变成白矮星过程中会损失掉大质量,这样,地球的运转轨道就会扩大,地球或许会逃脱被太阳歼灭的厄运。美国爱荷华州立大学有位名叫威尔逊的天体物理学家,用了25年的时间研究太阳演变到最后阶段时的详细情况。她表示,地球的命运如何,在相当程度上取决于太阳从火红的巨大球体转变到静止的白矮星阶段这一过程的具体情况:太阳到底损失多少质量以及在什么时候发生。如果质量失去得过早,地球的绕日直径就会因太阳引力的减小而扩大,未来干燥荒芜的地球就有可能逃脱被烧成灰烬的命运。这样,地球就会在目前火星的位置附近运转,曾经充满生机的蓝色行星将成为一个寂静的星球;如果太阳的质量在其演化的后期才丢掉的话,地球就可能会被炙热的太阳烧成灰烬并被太阳完全吞掉。