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滄桑巨變話地球
李德水 /文
自 序
本文是三年前為研究我國生態變化問題而寫的，成稿日期為2002年9月6日。文中許多觀點雖未展開論證，卻也不是天方夜譚，而是科學家們研究成果的蒐集，其中還有一些國際上的最新成果，當然也包括了作者個人的學習心得。近日翻看原稿，感慨頗多，并增寫了第四部分，發表出來供大家參考。2005年9月7日晨
前段時間我讀了幾本地質學和氣象學方面的書，加上多年的觀察和思考，深感我們人類居住的這個“小小寰球”真是歷經滄桑，神奇無比。這好像是一篇研究報告，卻并非學術論文，算是一篇讀書心得可能更確切，整理出來供大家參考。
一、滄海橫流 大陸漂移
地質學家們都說，地球的年齡是46億歲。研究地球的歷史雖然沒有文物可考、文字可查，但留存在地殼中的地層、古生物化石和各種各樣的構造變動遺跡，都是記載地球史的“文物”和“文字”。在地質學家的眼里，每一塊石頭都可寫出一篇大文章。從到目前為止的研究成果看，地殼構造輪廓和地貌演變的歷史，可以粗略概括如下。
太古代時（距今24億年以前），地殼處于早期階段，為脆薄的玄武巖圈。當時，全球幾乎都是淺海洋，只有分散的小島或小陸塊。由于地殼運動極頻繁（這一期間頗具代表意義的大地構造運動是阜平運動和五臺運動），形成了較穩定的陸塊（亦稱陸核）。元古代時（距今24億~6億年），地球上發生了一次廣泛而又強烈的地殼運動（我國稱呂梁運動，距今18億年前），一些洋殼褶皺隆起，并伴有巖槳大量噴溢和巖層的變質作用，使陸核加大，形成了一些較大而穩定的古陸，后又不斷焊接延長。到距今8億~6億年前，全球形成了五個巨型的穩定大陸，即北美古陸、歐洲古陸、西伯利亞古陸、中國古陸和岡瓦納聯合古陸(包括現在的南極洲、澳洲、印度、非洲、南美洲)。
從寒武紀開始（距今6億年），世界各地出現了廣泛的海侵，除東歐地臺和岡瓦納古陸外，幾乎全球均為海水淹沒，形成了廣闊的淺海及碳酸鹽沉積。奧陶紀以后（距今5億年），又廣泛發生海退，特別是在距今約4億年的早古生代，歐洲發生了一次對全球都有強烈影響的構造運動（稱加里東運動），使一些海槽擠壓褶皺上升成山脈，全球陸地面積迅速擴大。
進入晚古生代（距今4億~2.5億年），全球存在四個巨型穩定的古陸，即歐美古陸、西伯利亞古陸、中國古陸和岡瓦納古陸。在晚古生代后期，全球范圍又發生了一次強烈的地殼運動（稱海西運動），使海槽兩側的大陸板塊發生對接碰撞，許多海槽先后關閉或褶皺隆起，全球大陸連成一體（稱泛大陸）。此后正值石炭、二疊紀時期，大陸上遍布沼澤平原和內陸盆地，氣候溫暖，林木茂盛，是全球最重要的造煤時期。這個聯合古大陸大約經歷了1億年時間。
到了中生代（包括三疊紀、侏羅紀和白堊紀、距今2.5億年~7000萬年），又發生一次強烈的地殼運動（舊阿爾卑斯運動，我國稱燕山運動），出現了聯合古陸分裂解體，大西洋形成和擴展，古地中海收縮關閉，太平洋逐漸縮小及環太平洋褶皺帶的形成。于是，北美與歐亞大陸分離、南美與非洲分離，印度和澳大利亞分別向北、東北方向漂移。美國地質學家研究表明，我國的揚子板塊就是當時從澳大利亞漂移過來與中國大陸整合的。
新生代是地史的最近階段，從7000萬年前至現代。它以最新的一次強烈地殼運動即喜馬拉雅運動或稱新阿爾卑斯運動的開始為標志。此后，地中海-喜馬拉雅海槽最后封閉，形成強烈而高聳的褶皺帶即青藏高原的隆起，大西洋和印度洋繼續擴張，環太平洋海槽不斷褶皺隆起并伴隨頻繁的地震活動和火山噴發，各大陸相對漂移或靠攏，逐漸形成東、西半球兩個大陸，以及現代的全球海陸分布格局。
關于地殼運動的起因和動力來源，科學家們研究提出了許多理論，形成了若干個學派。最具代表性的學說有三種。一是地槽―――地臺說，認為地殼運動的動力來源是地球內部物質的重力分異作用，物質受熱變輕向上流動造成地表上升隆起，物質冷卻變重下沉則造成地表下降凹陷。二是地質力學說，認為地球自轉速度變化所產生的慣性離心力和緯向慣性力是推動地殼運動的主要動力來源。三是板塊構造說，認為驅動力來源是地幔熱對流，地幔本身是個巨大的核發應堆，里邊的一切物質都處于熔融狀態，其熱冷升降到達巖石圈時向兩側擴散而產生的平流，是一個復雜的熱交換和熱動力過程，導致地殼板塊的分裂、增生擴張、橫向漂移或俯沖消亡等。每種學說都能解釋許多地質現象，但誰也不能完全自圓其說。目前，認同度較高的是板塊構造說。看來，人類對地球及其運動規律的認識，還遠未到達自由王國。
二、沙塵暴肆虐 黃土蓋高原
黃土高原與青藏高原、內蒙古高原和云貴高原齊名，是我國四大高原之一，也是世界上黃土分布面積最大、最集中和黃土地貌最典型的地理單元。這塊古老的黃土地是中華民族的搖籃，哺育了炎黃子孫；是古文明的發祥地，創造了燦爛的文化。該高原上覆蓋著約32萬平方公里的黃土層，一般厚度為20~30米，最大深度達200余米。根據古地磁法、熱釋光和放射性碳等方法測定，黃土至少在240萬年前就已開始堆積。
那么，黃土高原是怎么形成的，這上面的黃土又是從何而來的呢？
我國在燕山運動落幕（距今7000萬年）之后，地殼長期處于相對穩定階段。全國大部分地區地形平坦，陜、甘、青、新地區是一片準平原。當時中國氣候比今日溫暖，風化殼普遍發育。在始新世初期（距今約4000萬年）開始造陸運動。以大規模的和緩拱曲運動為主，使原來的準平原變形，出現了一系列凹陷盆地，如準噶爾盆地、柴達木盆地、阿拉善地區等，其中沉積了大量紅色和雜色巖系。在第三紀末和第四紀初（距今3000萬~2000萬年），喜馬拉雅造山運動表現最為強烈，造成了青藏高原的強烈隆起及喜馬拉雅山、昆侖山、秦嶺等東西走向山脈的形成。黃土高原位于青藏高原的東北緣。應當說，黃土高原的基巖也是受西南印度板塊的擠壓，與青藏高原同時隆起的，只是比青藏高原低得多，且尚無黃土覆蓋而已。所以不能認為黃土高原是由黃土堆積而成，而是由于后來被黃土蓋上了才得名，黃土是高原的一層“外衣”。
青藏高原隆起之后，以其巨大的體積高聳于西風帶之中，它的寬度占了西風帶的三分之一，從而使西風帶在對流層以青藏高原為界分成南北兩支。北支吹經地區正與現代的戈壁―――沙漠―――黃土帶平行。在大氣環流影響下，西北地區干旱少雨，晝夜溫差大，物理風化十分強烈，地表形成大量粉砂級顆粒。強勁的北支西風急流一旦吹過，就可把粉砂級以下顆粒吹揚起來，甚至進入幾千米高空，向東南搬移，在黃土高原一帶飄落下來，逐年堆積，形成厚厚的黃土層。再細一些的黃土可飛越太行山落在華北大地上，形成了華北平原的覆蓋層。在這以后，由于黃河長期反復的泛濫，不僅造就了肥沃的八百里秦川，也使浩瀚的華夏大平原更加殷實豐厚。更細的黃土還飛到了長江口一帶，形成了綿實的黃土層。如今上海的地表是由長江沖積物沉淀而成的泥沙層，建筑打樁是打不到基巖的。重要建筑物只要把樁打到六七十米之下的致密狀黃土層就行了。從這個意義上可以說，整個現代上海市是靠240萬年前從西北吹來的細粒黃土形成的地層支撐著的。
還有一點特別值得注意的是，黃土高原與沙漠、戈壁的關系。我們不應孤立地去談論和觀察黃土高原。從地形圖上可以看出，現代戈壁―――沙漠―――黃土帶大體上是沿著由西偏北向東偏南方向依次分布的。這說明，前述時期西北地區沉積的大量紅色和雜色巖系在嚴重風化之后，由于青藏高原北支強勁西風急流的吹動，經歷了漫長的地質年代（距今2000萬~240萬年）之后實現了卵石、粗中砂礫、黃土在空間上的分離。可以斷定，戈壁、沙漠、黃土高原是同時形成的。三者本是一母所生、同出一體，黃土正是從戈壁、沙漠中來的。正如打谷場上，農民掀動谷堆順風高高揚起，依次飄向遠處的是谷皮和微塵、落到附近的是谷子、掉在跟前的是碎石，都是一樣的道理。不難設想，在那個延續1000多萬年的地質年代里，每當西北季風勁吹的時候，整個華夏大地當是怎樣一派天昏地暗、日月無光的可怕景象。待到戈壁、沙漠、黃土三者的分離基本完成以后，也就塵埃落定了。從此，具備了高級動物棲息繁衍的條件，其時正是古猿人時代。現代的沙塵暴與那時相比，實在是小巫見大巫，主要是人類活動破壞了生態平衡所引起的。
三、臺風的成因和功過評說
我國西北地區遠離海洋，終年盛行西風氣流，故總體上偏于干旱。近于東西走向的天山、阿爾泰山、帕米爾高原、阿拉套山等構成天然屏障，更使塔里木盆地、準噶爾盆地成為干旱的封閉式盆地。來自大西洋和北冰洋的水汽則從北疆西部的缺口進入，為北疆山地迎風坡的降水和高山冰川的發育創造了條件。那么，為什么我國南方會多雨濕潤？為什么我國東南沿海多臺風，且其風向多是對著西北吹？臺風對我國經濟發展和社會生活的功與過如何評價？
生成于熱帶海洋上的強大而深厚的氣旋性空氣渦流，稱為熱帶氣旋。根據國際統一標準，熱帶氣旋中心附近最大風力≤7級的稱為熱帶低壓；8~9級的稱為熱帶風暴；10~11級的為強熱帶風暴；≥12級的稱之為臺風或颶風。這種風流表現了明顯的季節性，故又稱為季風。它的形成主要是由于海陸間的熱力差異以及這種差異的季節性變化所引起。
大陸冬冷夏熱，海洋冬暖夏涼。冬季，大陸上的氣壓比海洋高，氣壓梯度由陸地指向海洋，所以氣流由陸地流向海洋，形成冬季風。夏季，海洋上的氣壓比陸地高，氣壓梯度由海洋指向陸地，風由海洋吹向陸地，形成夏季風。世界季風區域分布雖很廣，但尤以東亞為最著名的季風區，季風范圍最廣、強度最大。這不僅因為這里位于世界最大的歐亞大陸東部，又面臨世界最大的太平洋，海洋的氣溫與氣壓對比和季度變化比其他任何地區都顯著，而且更重要的是存在青藏高原這樣一種特殊的地形條件。青藏高原的地面氣溫與同高度的自由大氣相比，冬季氣溫偏低、夏天氣溫偏高。故青藏高原在冬季是個冷源（冷區偏于西部，范圍較小），夏季則整個高原都較熱，是個強大的熱源。在夏季，整個高原上部的空氣對流層溫度都比四周高，這就出現了高原上空氣流的垂直運動：地面空氣冉冉上升，形成高原地面的熱低壓；高空部位則形成暖高壓。該暖高壓可占據亞洲大陸南部、向西延伸到非洲西北部，高壓的輻射氣流在赤道附近下沉，從而吸引南半球越赤道氣流，促進南北半球的熱能、動能和水分的交換。形象地說，夏天青藏高原在太陽的灼烤下，就好比是一塊發燙的大鐵板，其上面的大氣因獲得大量活化能量而騰騰升起，高原上的低空部位形成一個巨大的相對負壓區，對太平洋上空的高壓暖濕氣流產生了強大的吸引力，故容易形成強熱帶風暴和臺風，而且多是向西北方吹的。而高原上的高空部位形成的暖高壓氣流輻射到太平洋上，又對熱帶風暴和臺風的形成起到推波助瀾的作用。由此就可以知道，為什么我國東南部地區總是雨量豐沛，能大面積種水稻，而美國加洲雖瀕臨太平洋卻降雨極少，整個美國雖為兩大洋夾抱卻只能種小麥而少有水田了。
臺風是可怕的，因為它路經之處摧枯拉朽，所向披靡，具有較大的破壞性。但在夏秋兩季如果沒有臺風、沒有東南暖濕氣流的調節，不僅東南沿海地區，而且整個華北地區都將出現不可想象的干旱。我國南方伏旱季節，主要靠臺風帶來雨水接濟；北方包括山東、華北廣大地區的水庫主要靠下大暴雨的時候才能蓄水，而在很多情況下這水汽主要也是由臺風輸送過來的。受臺風之害的只是小小局部，而受益的卻是廣大地區。所以，臺風是利大于弊、功大于過的，而且這“軍功章”的一半要給青藏高原。青藏高原這種特殊的地形條件，不僅為引來臺風作出了貢獻，而且為整個長江中下游及其以南地區夏季吸引更多的太平洋上空水汽、為我國西南地區吸引大量印度洋和孟加拉灣的暖濕氣流，都作出了重要貢獻。只是無論從太平洋吹來的東南暖濕氣流（或臺風），還是從印度洋和孟加拉灣吹來的西南季風（先向東北、再圍繞青藏高原轉向西北），到了我國西北地區的東部就都成了強弩之末，再無力向西北推進了，秦嶺正是南北氣候的分界線。
四、地球運動和氣候變化
研究地球運動和氣候變化的規律，尚需以更大的視覺和更深遠的眼光去觀察。也就是說，不能就地球論地球，還要從宇宙空間或至少從太陽系的范圍進一步去探索。例如，太陽活動情況對地球運動和大氣中CO2含量變化就有很直接的影響。從人類觀察到的近百年來太陽周期平均黑子相對數變化曲線，便恰好與地球的冷暖變化趨勢基本相吻合。天文學家研究的成果表明，九大行星地心會聚的力矩效應，還可使地球冬夏的公轉半徑和公轉速度發生改變，從而對氣候變遷發生重要影響。他們還計算出木星、土星、天王星、海王星四顆巨星的力矩效應，在近千年來呈現出相對穩定的準60年周期變化。在20世紀初的低溫期（1901年），地球冬至時的公轉半徑延長了94萬公里，相當于把地球與太陽的距離拉遠了94萬公里；在30~40年代暖期，地球冬至時公轉半徑又縮短了76萬公里（1940年）；在60~70年代相對變冷期，冬至公轉半徑又延長57萬公里（1960年）。這一個周期正好60年左右。我們的祖先把60年定為一個“甲子”，實在是通過長期觀察得出的科學規律。地球在公轉過程中，與太陽的角度變化就演繹出春夏秋冬四個季節，最大溫差達攝氏幾十度之大，行星力矩效應把地球與太陽的距離拉開或縮短幾十萬公里，地球上的氣候豈能不發生明顯變化？從黃河潼關水文站的歷史記載也可以看出，黃河從豐水到平水、枯水再到出現豐水，大體上也呈現出60年一個周期的規律。真可謂“天行有其道，地行有其常”。
大氣層中的CO2確實不能太多，卻也不是越少越好。從地球的發展史看，每一次大規模的造山運動都伴隨著強烈的巖漿活動。僅以中生代為例，美國大片《侏羅紀公園》播出后，人們都知道侏羅紀（距今1.55億年~1.30億年）地球上恐龍極盛，但了解恐龍何時、何故滅絕者卻甚少，且說法不一。最簡單的道理就是恐龍失去了生存的條件。由于三迭紀末期（距今1.55億年以前一段時期）發生的地殼運動，大陸上許多地區發生凹陷，形成內陸盆地，且多為淡水湖沉積。進入侏羅紀時氣候溫暖潮濕，植物繁茂，最適宜恐龍生活。到侏羅紀末期，出現了影響范圍很廣的重要造山運動―――燕山運動，使巖層發生強烈的皺褶和斷裂，且伴隨著劇烈的巖漿活動和大規模的火山噴發，地球上空籠罩著濃厚的CO2和火山灰，恐龍等動物因缺氧和氣溫升高而消亡。侏羅紀延綿2500萬年，恐龍生存的歷史也算是相當久遠的。這次造山運動在我國東部表現尤為強烈，叫做“東南地臺大斷裂”（這與《紅樓夢》第一回說的“東南地陷，女媧補天”有點巧合），而且一直延續到中生代白堊紀的末期，地質學上又稱之為太平洋構造旋廻。那么，空氣中大量的CO2后來到哪里去了呢？一是被地面上的CaO吸收生成CaCO3，這就是石灰巖大量生成的地質年代之一；二是被植物的光合作用吸收了。一個地質年代往往以幾百萬、幾千萬年計。經過長期演變，又出現了大氣中CO2太少的情況。這就使得地球的溫室效應大為減弱。其后果是，地球表層白天吸收的太陽熱量，到夜里就迅即向太空釋放，導致晝夜溫差極大。這正如塑料大棚的頂蓋被掀掉了一樣，大氣中留不住太陽能，氣候就慢慢變冷，地球也慢慢變冷。有資料顯示，在那個年代出現了江河斷流，全球海洋平均結冰20米厚的冰雪世界。及至第三紀中期（距今5000萬年前后），世界上再次發生強烈造山運動即喜馬拉雅運動，地球才又重新變暖。
另外，引起地球氣候變化的因素，更多的不是在陸地，而是在占地球面積70％以上的海洋。由于大洋深處與上層海水的溫差引起的海水垂直方向的熱交換運動，也會對大氣環流產生巨大的影響，如厄爾尼諾現象、拉尼娜現象等。它的淫威一旦發作起來，人的力量就顯得微不足道。當然，各種自然現象大多具有先兆性，是可以預測和預防的。但如果人類違背了自然規律，一味貪婪地索取、甚至肆無忌憚地糟踐自然，就會受到嚴厲的懲罰。
地球是偉大的，它養育了整個人類和萬物生靈；人類是幸運的，正好生存在地球相對穩定又最適合生存的地質年代。人類歷史只有地球年齡的萬分之一（約50萬年）。在地史學的概念中，一萬年不是太久，而只是一瞬之間。地球的運動是絕對的。但盡管小地震天天都有，大點的地震和火山噴發年年可見，而地殼再保持幾十萬年、幾百萬年，甚至幾億年的相對穩定都是可能的。人們一定要珍愛地球，珍重人生，增強堅定不移地走可持續發展道路的自覺性，真正實現人類與自然協調和諧、環境與發展相互促進。此則地球之幸，人類之幸！（原載《中國信息報》2005年9月8日一版）
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