撰文 | 罗伯特·哈森（乔治梅森大学地球科学教授、美国矿物学学会前主席）
译者 | 刘小鸥
地球在通往不可避免的终结之路上几乎已经走过半程。45亿年来，太阳一直稳定地发着光，随着时间的推移，它一点点变得越发明亮，这是因为它不断地”燃烧”储存的氢燃料。再过大约50亿年，太阳会继续通过将氢聚变成氨来产生核能。大多数恒星终其一生都是这么过来的。
最终，氢将会耗尽。一些较小的恒星到达这一阶段后体积会逐渐缩小，散发出去的能量会比以前少得多，最终消失掉。如果太阳变成这样一颗“红矮星”，那么地球最终的命运将是变成冻牢的固态星球。生命如果有幸存活下来，也只可能是一些生活在地下深处的顽强的微生物，在那里液态水仍然可能存在。
红巨星时代
但是，太阳不会以这种可怜的方式死去，因为它足够大，有一个后备的核计划。别忘了，每颗恒星都要平衡两种相对的力。一方面，引力将恒星向内拉，使其成为尽可能小的球体；另一方面，核反应像一系列连续的内部氢弹爆炸事件，会产生向外的推力，试图使恒星变得更大。太阳在目前熊熊燃烧氢的阶段，其直径已经稳定地达到了约87万英里，这个大小已经维持了45亿年，并将继续维持50亿年。
太阳足够大，因此，当燃烧氢的阶段最终结束时，一个充满能量的新阶段就会开始，它将开始燃烧氦。氦是氢聚变反应的副产品，可以与其他氦原子发生聚变，产生碳元素，但这种新的太阳策略将给太阳系靠内的行星带来灾难性的后果。由于氦反应的能量更高，太阳会膨胀得越来越大，就像一个疯狂过热的气球，变成一颗脉动的红巨星。它将越过水星轨道，吞没这颗小型行星。它也将超过我们的邻居金星的轨道，吞噬掉金星。它会膨胀到目前直径的100倍以上，甚至越过地球的轨道。地球的最后时光的具体细节并不明确。根据一些不太乐观的情景设想，红巨星阶段的太阳将完全吞没地球，地球会在太阳大气中蒸发，不复存在。在其他一些模型中，太阳会在无法想象的太阳风中丢失超过目前三分之一的质量（这种太阳风也会不断冲击地球死气沉沉的表面）。随着太阳的质量变小，地球的轨道会向外推移，也许刚好可以避免被吞没的命运。但是，就算我们不被膨胀的太阳吞噬，曾经美丽的蓝色世界也将成为一颗绕行在太阳周围的荒芜的碳渣星球。稀少的地下微生物生态系统或许可以再持续10亿年，但陆地再也不可能是这般郁郁葱葱了。
即使在目前燃烧氢的稳定状态下，太阳也在慢慢变得越来越热。起初，在45亿年前，太阳的亮度是现在的70%。24亿年前的大氧化事件表明，太阳的亮度可能是今天的85%。而10亿年后，太阳会变得更为明亮。在一段时间里，也许是数亿年间，地球的反馈可能会减缓这种变化。更多热量意味着更多蒸发，从而产生更多的云，将更多的阳光反射回太空。更多热量意味着更快的岩石风化，这会消耗更多二氧化碳，降低温室气体的含量。因此，负反馈回路可能会让地球在很长一段时间里仍然适居。但一个转折点会出现。数十亿年前，较小的火星到达了那个关键时刻，它失去了几乎所有的地表水。10亿年后，地球上的海洋将开始以可怕的速度蒸发，大气将成为一个永远的桑拿房。冰盖和冰川不复存在，即使两极也会变成热带。在千百万年间，生命可能在这样的温室环境中繁衍。但随着太阳继续变暖，更多水蒸气进入大气，氢将以越来越快的速度流失到太空中，使地球逐渐干燥。也许再过20亿年，当所有海洋干涸时，地球表面将变得荒芜而炙热。生命就将面临绝境。
最近，一项关于人类最有可能死因的调查表明，人类死于小行星撞击的概率很低，大约只有十万分之一。从统计学上讲，这和闪电或海啸致死的概率相近，但这种预测性的比较存在一个明显缺陷。一次闪电杀死一个人的事件每年大概会发生60次。相比之下，小行星撞击可能几千年来都没有造成过任何人死亡。但在某个倒霉的一天，一次小型撞击就可能杀死所有人。你大可不必担心这件事情，我们之后的百代人也不必为此担心。但我们可以肯定的是，杀死恐龙的那种巨大撞击事件有一天会再次发生。在接下来的5000万年里，地球至少会遭受一次大的撞击，甚至更多次。这只是时间和概率的问题。最有可能的元凶是所谓的小行星，这种天体的轨道呈明显的椭圆形，它们会穿过地球绕太阳运行的更接近圆形的轨道。我们已经知道至少300个小行星可能会成为这种潜在的杀手，而且在未来几十年中，其中一些小行星将以令人惶恐的近距离掠过地球。1995年2月22日，一颗刚被发现并被命名为"1995CR"的小行星飞掠而过，它与地球之间的距离不足几个地月距离。2004年9月29日，1.5英里宽、3英里长的长型小行星图塔蒂斯（Toutatis）以更近的距离飞掠过地球。2029年，直径900英尺的小行星阿波菲斯（Apophis）预计将以更近的距离掠过地球，甚至出现在月球轨道之内。这次让人不安的相遇将不可逆转地改变阿波菲斯的轨道，可能致使它在未来更接近地球。每存在一颗已知的越地小行星，都可能意味着还有十几颗甚至更多这样的小行星尚未被发现。这些天体中的一个最终被观测到时，它可能已经离我们太近了，我们对它已然束手无策。如果我们正好在靶心中央，那可能也仅有提前几天的警告让我们来解决问题。地球几乎每年都被约25英尺长的岩石砸中。由于大气层的”制动”作用，大多数这种炮弹在撞击到地表之前就会爆炸，并裂成小块。但是，直径大于100英尺的天体，大约每1000年会降临地球一次，造成严重的局部破坏。比如，1908年6月，这样一次撞击夷平了俄国通古斯卡河附近的一片森林。危险系数极高的直径半英里的巨石平均每50万年撞击地球一次，而直径达3英里的小行星大约每1000万年撞击地球一次。撞击的后果因小行星的大小和撞击位置的差异而有所不同。一块直径10英里的巨石无论落在何处，几乎都可以摧毁地球上的任何地方。（相比之下，6500万年前那颗杀死恐龙的小行星的直径约为6英里。）如果一个直径10英里的天体撞击到海洋中（鉴于陆地和海洋的分布，这个概率大概是70%)，那么结果就会产生滔天巨浪，席卷地球所有角落，可能只有地球上最高的山峰可以幸免。没有东西能在海拔几千英尺以内的地方生存下来，所有沿海城市都会彻底消失。这样一个直径10英里的小行星如果撞击到陆地，可能会对当地造成更大的直接破坏。无论哪片大陆不幸成为目标，1000英里范围内的一切都将被抹去，大规模的火灾势必席卷整个大陆。在短时间内，相距较远的陆地可能有幸躲过惨烈的后果，但这样的撞击会使大片岩石和土壤蒸发，在一年甚至更长的时间里，它们会在大气中形成遮蔽阳光的云层。光合作用将几乎完全停止，植物将被摧毁，食物链进而崩溃。少数人也许能在这种恐怖的情景中幸存下来，但我们的文明无疑将被毁灭。
与超级火山或溢流玄武岩造成的缓慢死亡相比，小行星撞击的突然灾难就显得黯然失色了。与地球上最主要的五次大灭绝间隔期相伴随的，包括巨石从天而降的那一次，是改变地球的火山活动。这不能和一般的火山致死事件及其各种形式的破坏相混，其中包括急剧的熔岩流，就像居住在基拉韦厄火山山坡上的那些夏威夷岛民所熟悉的那样，熔岩流所经之处，所有的住宅都会被完全毁坏。它们是局部性的，具有可预测性，相对很容易避免。在常见的火山活动中，更致命的是充满碎屑的火山爆发和掉落的火山灰，这种火山爆发会喷出蒸气并释放大量炽热的火山灰，这些火山灰会以每小时100多英里的速度从山上冲下，把沿途的一切都烧成灰烬并掩埋。想想1980年华盛顿州圣海伦斯的火山爆发，和1991年6月菲律宾皮纳图博的火山喷发，要不是事先警告并进行大规模疏散，这两次爆发都会导致成千上万人死亡。更糟糕的是第三种常见火山活动，那就是大量细粒的灰尘和有毒气休喷射到大气中。2010年4月的埃亚菲亚德拉和2011年5月的格里姆发生的两次冰岛火山灰喷发的规模相对较小，释放的碎片不到一立方英里。尽管如此，它们还是让欧洲的航空业中断了几天，并引发附近地区许多人的健康问题。1783年6月的拉基火山爆发是历史上规模最大的火山爆发之一，据估计，这次爆发释放了约五立方英里的玄武岩及相应的火山灰和气体，足以在欧洲上空造成持续存在的有毒烟雾。冰岛四分之一的人口死亡，一些人很快死于酸性的火山气体，更多人则是死于之后冬天发生的饥荒。这场灾难还影响了东南方一千多英里的土地，数以万计的欧洲人也死千拉基火山的长期影响，这些人大部分生活在不列颠群岛。1883年8月喀拉喀托火山爆发，随后的海啸席卷了爪哇岛和苏门答腊岛附近的海岸线，这造成了更多人死亡。而1815年4月坦博拉火山猛烈的爆发，产生了惊人的12立方英里的熔岩，这是所有火山爆发中最致命的一次。7万多人因此丧生，其中大部分是农业歉收和随后的大规模饥荒造成的。坦博拉向高空大气释放了大量阻挡阳光的含硫化合物，使1816年成为北半球“没有夏天的一年”。历史上的这种爆发让现代人无法想象，这是有原因的。尽管从死亡人数来看，这些火山事件比不上近几年印度洋和海地的地震，但是地震和火山之间有一个重要而骇人的区别：最大的地震规模受到岩石强度的限制。坚硬的岩石在破裂之前只能承受一定限度的应力，这个极限可以产生一场破坏性极强但限于局部的地震，也就是里氏9级地震。
在可预见的未来里，决定地球大陆轮廓的最大因素是冰。在几百年或几千年这样较短的时间尺度上，海洋的深度与地球冻结的水的总量密切相关，包括冰盖、冰川和大陆冰原。这是一个简单的等式：陆地上结冰的水越多，海平面就越低。过去是预测未来的关键，但我们怎么能知道历史上海洋的深度呢？卫星对海平面的观测固然非常精确，但这仅限千过去20年间。验潮仪的测量虽然没那么精确，而且会受到局部情况的影响，但它们能够追溯到约一个半世纪以前。海岸地质学家可以采用的方法是为古老的海岸线标记绘图。升高的海滩阶地就属于这样的标记，我们可以在上万年前沉积的近岸堆积中发现它，不过其升高的特征只能可靠地揭示水位较高时期的状况。珊瑚一定生长在海洋的浅水日照区域，珊瑚的位置可以提供更久远的记录，但这样的岩层通常会经历隆起、沉降或倾斜的事件，它们都会混淆记录。那么，接下来的5万年呢？我们相信海平面一定会继续大幅度地变化，还会出现更多次的上升和下降。有时，很有可能是在接下来的两万年里，冰盖会增大，冰川会前进，海平面会下降200英尺甚至更多，这样的海平面高度在过去100万年中至少出现过8次。这种变化将对全球的海岸线产生巨大影响。美国东海岸将向东移动许多英里，浅海地区的大陆坡会被暴露出来。从波士顿到迈阿密，东海岸的所有大型港口都将成为又高又干旱的内陆城市。一座新的陆桥将连接阿拉斯加和俄罗斯，不列颠群岛可能会再次成为欧洲大陆的一部分。与此同时，沿大陆架地区形成的世界上最高产量的渔场将变成旱地。对海平面而言，有下降就必有上升。或许很有可能，在接下来的1000年里，海平面会上升100英尺甚至更多。这种程度的海平面上升从地质标准来看是相当温和的，但它将使美国地图几乎变得无法辨认。海平面上升100英尺会淹没东海岸的大部分沿海平原，使海岸线向西移动100英里。所有主要的沿海城市，包括波士顿、纽约、费城、威尔明顿、巴尔的摩、华盛顿、查尔斯顿、萨凡纳、杰克逊维尔、迈阿密等城市，都将被淹没。洛杉矶、旧金山、圣迭戈和西雅图也将消失在海浪之下。几乎整个佛罗里达州都将不复存在，那里独具特色的半岛也会淹没在浅海中。特拉华州和路易斯安那州的大部分城市也将被淹没在水下。世界上的其他地区，海平面上升100英尺带来的后果将更加严重。对荷兰、孟加拉国和马尔代夫这样的国家来说，整个国家都会消失。地质记录非常明确地表明，这些变化将再次发生。如果像大多数专家怀疑的那样，地球正在迅速变暖，那么海平面将迅速上升，可能以每10年一英尺的速度上升。仅仅在长期的全球变暖过程中，海水的热膨胀就能够使平均海平面上升10英尺。这样的变化将给人类社会带来挑战，但对地球的影响并不大。
我们大多数人对未来的几十亿年，或几百万年，甚至一千年都不太关心。我们大多数人都只关注短期问题一10年后我将怎么供孩子上大学？明年我能升职吗？下周股市会上涨吗？晚饭吃什么？这样说来，我们没什么可担心的。除非发生不可预见的巨大灾难，否则明年以及10年后的地球看起来都和今天差不多。即使我们经历了一个异常炎热的夏天，度过了一个农作物枯萎的干旱期，或者遭受了一场异常猛烈的风暴，一年和另一年的差异都可能是非常小的，我们根本察觉不到。完全可以肯定的是，地球会继续变化。当前的指标表明，全球变暖和冰川融化即将到来，这很可能是受人类活动影响并加速发生的。在接下来的100年里，这种变暖的后果将以诸多不同的方式影响到许多人。2007年夏天，我参加了一场科维里未来研讨会，会议在伊卢利萨特举办，那是格陵兰岛西海岸的一个小渔村，在北极圈以南不远的地方。对讨论未来而言，这是一个幸运的选择，因为在我们舒适的北极酒店的会议中心之外，变化就在发生。一千年来，这个港口位于巨大的伊卢利萨特冰川裂冰作用的前端附近，这里曾是一个资源丰富的渔场。一千年来，由于港口每年都会结冰，渔民们都会在冬天冰钓。这种情况一直维持到进入千禧年。2000年，这个港口第一次（至少在一千年口口相传的历史中）保持开放，没有冻上。这座巨大的冰川是一处联合国世界遗产，它正在以惊人的速度后退，经过几十年的稳定期后，它在三年内后退了近6英里。另一个变化是，一千年来，伊卢利萨特和附近的原住民村落一直没有虫害，但是从2007年开始，蚊子和黑蝇会在每年8月入侵这里。这些都是奇闻逸事，但也明确表明了重大而不可逆转的变化。类似的变化全球都在发生。切萨皮克湾的船工报告，与几十年前相比，高潮的水位仍在持续上涨。撒哈拉沙漠北部逐年向北推进，曾经肥沃的摩洛哥农田土地变成了沙漠，南极冰架正在以越来越快的速度融化并崩塌，全球平均气温和水温都在上升。这些都是持续变暖模式的一部分，这种模式地球在过去经历过无数次，在未来也将经历无数次。变暖还可能产生其他影响，有时这些影响是自相矛盾的。墨西哥湾流是一股巨大的洋流，它让温暖的海水从赤道流到北大西洋，湾流的动力来自赤道和更高纬度地区之间强烈的温差。如果像一些气候模型所显示的，全球变暖降低了这种温度对比，那么墨西哥湾流可能会变弱，甚至停止。讽剌的是，一个直接的后果是不列颠群岛和北欧比现在要冷得多，因为那里的气候受墨西哥湾流的温和影响。其他洋流，例如从印度洋到经过非洲之角到南大西洋的洋流，也会受到类似的影响，可能导致温和的南非气候发生类似的变化，或者导致季风雨发生变化，这些降雨使亚洲部分地区现在保持着湿润和肥沃。当冰融化时，海平面上升。一些严肃的预测显示，在下个世纪里，海平面的上升幅度可能高达两三英尺，尽管根据近期的岩石记录，海平面时不时会出现每十年加快升高几英寸的清况。这样的海平面变化将会影响全世界许多沿海的居民，可能会让从缅因州到佛罗里达州的土木工程师和海滨业主们头疼不巳，但在人口最密集的沿海地区，海平面升高几英尺或许是可控的变化。在这段时间里，也就是一两代人的时间里，大多数居民不会为了海水侵占陆地的问题过于担心。一些动植物物种可能就没那么幸运了。北极冰层的消失将缩小北极熊最熟悉的栖息地，这给正在减少的北极熊种群增加了更多挑战。气候带向两极的迅速变化也可能给其他许多受到威胁的物种带来生存压力，尤其是鸟类，因为它们特别容易受到迁徙筑巢和觅食区变化的影响。最近一份报告估计，全球平均温度上升个几度，可能就会导致欧洲的鸟类灭绝率接近40%，在澳大利亚东北部繁茂的雨林中，鸟类灭绝率则会超过70%，而这种温度的上升完全在一些气候模型对下个世纪的预测范围之中。另一份发人深省的国际报告发现，在已知的约6000种青蛙、蟾蜍和蝾螈中，近三分之一面临着同样的威胁，这主要是由于一种致命的两栖动物真菌疾病会在温暖的环境中快速传播。不管下个世纪还会发生什么，我们的确进入了一个加速灭绝的时代。下个世纪中的一些变革性事件也会是瞬时发生的，它们有些一定会发生，有些则是很大概率会发生，比如大地震的破坏、超级火山的喷发，或是一英里宽的小行星的撞击。人类社会往往无法应对百年一遇的风暴或地震，更不用说应对千年一遇的真正灾难了。当我们阅读地球的故事时，我们会看到这些令人震惊的事件是常态，它们无法避免，是我们星球历史的一部分。然而，我们却把城市建在活火山的两侧，以及地球上一些最活跃的断层带上，期望在所处的这个时代，我们能躲过构造问题的“子弹”（甚至来自宇宙的”导弹"）。在极缓慢和极快速的事件之间，是波动的地质过程，这些过程通常需要数百或数千年的时间，比如气候、海平面和生态系统的变化，一般就需要几代人的时间才会被注意到。我们最关心的应该是这些变化的速度，而不是变化本身。因为气候、海平面和生态系统都会达到一个临界点。如果推得太远，正反馈循环就会起作用。通常需要1000年时间的事情，可能就会在10年或20年的时间里发生。自满自大很容易，尤其是在对岩石进行错误解读的情况下。在2010年之前的一段时间里，由于对5600万年前的类似情景正在进行的研究，人们对现代的担忧得到了某种程度上的缓解。当时，一次大灭绝极大地影响了哺乳动物早期的进化和扩散。这次严酷的事件被称为古新世—始新世最热事件，简称PETM，它见证了数千种物种相对突然的消失。PETM对我们这个时代很重要，因为它是地球历史上有较好记录的温度变化最快的时期。火山事件引起了大气二氧化碳和甲皖浓度相对快速的增加，这两种吸热的气体所导致的温室效应，引发了一千多年的正反馈和相应的温和的全球变暖。一些研究人员认为，PETM与今天的情况非常类似，这当然是很糟糕的，全球温度上升了近10度，海平面迅速上升，海洋酸化，生态系统明显地向两极移动，但还没有达到威胁大多数动植物生存的灾难性的程度。宾夕法尼亚州立大学的地质学家李·孔普（Lee Kump）和他的同事最近得到了一些惊人的发现，这可能巳经摧毁了任何保持乐观的理由。2008年，孔普的团队得到了一个从挪威采样的钻孔岩芯，其中保存了PETM整个时期的记录，沉积岩一层一层地详细记录了大气二氧化碳和气候变化的速率。坏消息是，10多年来一直被认为是地球历史上最快速的气候破坏的PETM其实是由大气变化引发的，而那种大气变化的强度不足如今的十分之一。在PETM的灭绝场景中，用一千年时间形成的大气成分和平均温度的全球变化，在过去一百年就已经被超越了，因为人类燃烧了大量富含碳的燃料。这种快速变化史无前例，也没有人知道地球将做如何反应。2011年8月，在布拉格举办的3000名地球化学家参与的会议上，熟悉新的PETM数据的气候专家很冷静。尽管这些谨慎的专家所做的公开预测仍然十分保守，但我在酒后闲聊时听到的评论是悲观的，令人害怕。如果温室气体的浓度上升过快，没有已知的机制可以吸收多余的气体。变暖会引发大量甲烷释放，并引起这种情况可能带来的正反馈吗？海平面会像过去屡次发生的那样，迅速上升几百英尺吗？我们正闯入无知之地，在地球上进行一次构思不周的全球规模的实验，它也许与以往任何一次都不同。岩石证据所揭示的是，尽管生命本身是坚韧的，也会一直保持如此，但在气候突变时期，生物圈在临界点上会经受巨大的压力。生物生产力，包括农业生产力，在一段时间里必定会急剧下降。在如此动荡的条件下，像我们这样的大型动物将付出最昂贵的代价。当然，岩石和生命的协同演化一定会继续，但人类在这数十亿年的传奇故事中的角色仍然是不可知的。我们已经到了这样一个临界点了吗？也许这十年不会，也许我们这辈子也不会。但关于临界点的问题是，在它来临之前，你永远无法确定自己是否处于一个临界点上。房地产泡沫破裂、股市崩盘，我们只有在回顾时才会意识到发生的事情，但那时想要恢复现状就太晚了。地球的故事中并没有出现过这样的情况。
注：本文摘取自《地球的故事——从一粒星尘到充满生命的世界，45亿年的地球演化史诗》，略有删减。本书由中信出版社出版，评论区留下你对地球故事的看法，点赞前五的读者将会获赠本书。
