书城童书我的第一本环境科学探索发现
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第25章 重大发明、发现(14)

地球是人类栖息的场所,地球这个人类唯一的“家园”究竟能容纳多少人,这是生态科学家正在探讨的一个重大课题。我们知道,一切生物赖以生存的能量来自太阳,包括所有的地下能源,如石油、煤都是远古时期太阳能的储存形式。而地球接受太阳光的面积是有限的,经光合作用而被绿色植物所固定的太阳能也是有限的。研究表明,地球最多只能养活80亿人。但是,目前地球上每一秒钟就约有3个人诞生,每分钟净增180人,每小时净增10800人,每天净增259200人,每周净增181万人,每月净增788万人,每年净增近950万人。有人按人口增长的倍数进行估算,得出的结论令人吃惊:1950年世界人口25亿,37年内人口翻了一番。若以35年人口翻一番估算,到公元2062年,地球整个表面平均每0.09平方米就有一人。到公元2309年,人口将爆涨到占满太阳系的8大行星。800年后人口会达到每平方米120人。这么多人挤在1平方米的空间,光他们散发的热量就会把人烧死。无论采取什么样的估算法,人口增长速度都非常可怕,难怪美国有一位科学家在1984年骇人听闻地预言:人类将在5000多年以后灭绝。

人口爆炸的直接后果,是人均土地资源越来越少。1975年,世界人均耕地为4.65亩,到2000年将下降到2.25亩,即减少一半。在20世纪70年代初,平均每公顷耕地只需要养活2.6人,到2000年则需要养活4个人。在耕地减少的情况下,要解决吃饭问题,必须提高粮食的产量,而提高粮食产量的主要措施之一,便是大量施用化肥、农药,这又会使土壤污染、板结,肥力下降,使土地资源遭到破坏。大量新增人口的住房、交通、公共设施等都要占用土地。人口急剧增长已给土地资源带来了沉重的压力。

人口爆炸在一定程度上减少了水资源的总量。生活生产用水急剧增加了,人均水资源占有量就急剧减少了。人口增加一倍,人均水资源将相应减少一半。人口增长会对木材有巨大需求,这将造成人类对森林资源的乱砍滥伐,森林资源大量减少。到1962年,地球的森林面积为5500万平方公里。进入20世纪,随着人口的激增,到1975年,已减少到2600万平方公里,森林覆盖率约为20%,其中,巴西森林覆盖率已从400年前的80%减少到40%。

人们在日常生产和生活中需要各种形式的能源,能源的使用推动了社会生产力的发展。随着人口压力的增加,世界能源问题将越来越严重。人口剧增造成了对生物资源的过量索取,使生物资源在急剧减少,生物物种大量灭绝。

人口爆炸导致了对环境的破坏,人类正面临着从未有过的环境危机。酸雨现象、温室效应、臭氧层的被破坏、噪音污染、垃圾包围城市等一系列环境问题,无不与人口急剧增长有着千丝万缕的联系。因此,控制人口是全人类所面临的共同任务,对造福于子孙万代是极其重要的。

世界各国现在已开始认识到人类本身给环境带来的危害,也开始认识并制定各种不同的控制人口发展的计划。在20世纪50年代,只有印度一个国家有人口计划,现在—些发达国家或正在发展中的国家都有了人口发展计划。我国从1971年开始大力推行计划生育工作,已经取得了较为明显的成就,这在一定程度上成功遏制了我国人口迅速增长的势头。

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计划生育是我国的基本国策,因为要使我国经济能持续发展,有计划地把我国建成社会主义的文明强国,就必须同时有计划地控制人口增长。还有一个基本国策,就是保护环境,它表明在我国能否认真地执行保护环境的政策,已是牵动国计民生、影响到立国安邦的大事。二叠纪生物大灭绝的“幕后黑手”

2.51亿年前的地球,海洋和陆地的生物突然经历了一次最大规模的变化,这就是地球生物历史上规模最大的一次灭绝——“二叠纪生物大灭绝”。有统计资料显示,当时约有70%的陆生物种和超过95%的海洋物种消失。关于地球历史上最大规模生物灭绝的原因可谓众说纷纭,其中一个重要的说法就是认为当时一颗巨大流星撞击了地球南极,这一判断也得到了一些研究者的支持。不过,美国地质学家的一项最新研究发现,地球上这次规模最大的二叠纪生物灭绝也是进展最慢、持续时间最长的一次,它并非突然事件,这无疑是对流星撞击理论的一次打击。那么,这一事件到底是如何发生的呢?

20世纪90年代,科学家在西伯利亚的冻土层下面发现了绵延数千公里的火山岩,这一套岩石被称为“西伯利亚大火成岩省”。火山岩的形成与火山和岩浆有着最直接的关系。也就是说,在很多年前的西伯利亚,连绵数千公里的地壳被火山熔岩撕裂,岩浆如洪水般地涌出,在数百万平方公里的土地上肆虐蔓延,并最终造就了这一大套火山岩。科学家们通过进一步研究发现,这次巨大的火山喷发事件发生在大约2.5亿年前,前后延续了100多万年。

随着研究的深入,科学家们在中国西南的峨眉山和印度西北的潘加也都发现了大规模的火成岩省,经过鉴定,这些火山岩也产于2.5亿年左右,与西伯利亚大火成岩省基本形成于同一时期。这些大规模的火山喷发事件恰好与二叠纪末期的生物灭绝事件在时间上吻合。于是科学家就考虑,这些火山爆发事件跟生物灭绝事件会不会有什么关系呢?

科学家们对现代和古代的一系列火山喷发事件进行了研究,了解到大规模火山爆发会对全球气候产生巨大的影响。科学家们认为,持续不断的火山喷发会把大量火山气体和火山灰带进地球大气。一方面,大量的火山灰喷入空中,进而弥散到全球各个地区,它们会遮挡阳光的照射,这样就阻碍了植物的光合作用,并从根本上破坏了整个地球的生物链;另一方面,火山喷出的二氧化碳气体通过长期的积累,必然造成温室效应,使地球温度持续上升;另外火山还喷出大量二氧化硫和硫化氢等气体,这些气体有剧毒,可以直接毒害生物,还与空气中水蒸汽的结合形成酸雨,落到地表和海洋中,造成生态环境的极大破坏。

科学家利用这些理论提出了二叠纪末期全球生物灭绝事件的“火山成因说”。但是,仅仅靠这些猜测和联系是远远不够的,科学家还需要找到更加直接的证据来将火山爆发和生物灭绝紧紧地联系起来。后来,一个中美联合的研究小组在著名杂志《科学》上发表了一篇文章,为“火山成因说”提供了最有力和最直接的证据。这些科学家在中国的四川省找到了两套非常相似的地层。经过鉴定,这两套地层大概都形成于26亿年左右。每套地层中都同时包含了两种不同的岩石,一是峨眉山大火成岩省的火山岩,二是二叠系的沉积岩。其中火山岩代表着二叠纪的火山喷发事件,而沉积岩中则记录了某些二叠纪的浮游生物的灭绝。通过将这些岩石进行对比研究,科学家们发现火山喷发与浮游生物的灭绝几乎是同时发生的,这直接说明了在二叠纪火山喷发与生物灭绝事件具有非常密切的关系。

科学家并不满足于此,他们要进一步了解,火山喷发究竟是怎样一步步影响到生物的?要了解这些,必须对二叠纪时期的海洋、大气环境有非常详细的了解。于是他们提取岩石中存留的化学信息,以了解当时海洋的化学信息。科学家们将这些信息汇总、进行模拟,以重现二叠纪时期的地球气候环境。

科学家们经过多年的研究发现,二叠纪末期的海洋居然是一个缺少氧气的海洋,很多海洋生物根本无法生存。更可怕的是,这时期的海洋中不但没有氧气,反而溶解了大量剧毒的硫化氢气体。那么,这样的海洋是如何形成的呢?通过计算机的模拟,科学家对“火山成因说”做了进一步的修正。新的理论认为,2.5亿年前西伯利亚火山群持续喷发的时候,岩浆喷出仅仅影响了周边的生态系统,并没有造成全球性的影响。火山大量喷出的各种火山气——特别二氧化碳喷入大气,这样经过持续的积累,造成地球上的温室效应,导致全球变暖,海水温度上升。在通常情况下,较低温度的海水更有利于溶解较多的氧气,因此这个时期的海洋容纳氧气的能力大大降低;与此同时,火山还喷出大量火山灰遮蔽阳光,阻碍了绿色植物的光合作用,产出的氧气大大减少,这就导致大气中的氧气含量剧烈下降。这两个作用叠加,很容易造成二叠纪末期的海洋中缺乏氧气。

在这样一个缺氧的海洋中,大部分生物很难存活,但是有些细菌却能够在里面自得其乐。其中有种细菌叫做“硫酸盐还原菌”,这种细菌不但能够在缺氧的海水中繁衍生息,还会产出剧毒的硫化氢气体。它们就这样在二叠纪海洋中愉快地生活繁殖,继而将二叠纪末期的海洋变成一锅“大毒粥”。经过进一步累积,海洋中的硫化氢气体浓度超过一定的限度,就会释放到大气中,更进一步破坏生态环境,毒害陆地生物。

随着更多证据的发现,现在大部分科学家都相信二叠纪末期的大规模火山爆发可能是这次生物灭绝事件的“幕后黑手”。火山爆发向大气中喷射大量的火山灰和各种火山气体,它们直接或者间接地影响到了整个地球的生态环境,再经过一系列的连锁反应,最终导致了二叠纪末期的生物灭绝事件。

还有一种观点认为二叠纪末期的生物灭绝事件与甲烷释放有关,甲烷是一种可燃气体,我们现在所使用的天然气或者沼气中的主要成分就是甲烷。在寒冷地区的永久冻土或者近海大陆架的沉积物中都储存着丰富的甲烷,甲烷是一种比二氧化碳更厉害的温室气体。在距今大概7亿年前,地球上出现了一次巨大的冰期事件,叫“雪球地球”。当时整个地球都被冰雪覆盖,地球变成了一个名副其实的雪球。科学家怀疑正是因为甲烷气体释放进入大气,造成了非常强烈的温室效应,才最终使得“雪球地球”融化。有些科学家通过研究认为,因为温度升高或其他原因,在二叠纪的末期可能也出现过大规模的甲烷释放事件。这些甲烷造成了强烈的温室效应,导致全球温度持续上升,最终引起生物大灭绝事件。

科学界目前普遍认为,二叠纪生物大灭绝的原因虽然众说纷纭,但可以肯定的是,它与环境急剧变化有密切关系。正是生态环境的巨大变化最终导致了生物灭绝事件的发生。

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地球生命演化史经历过5次大规模的生物灭绝。科学家警告,人口急速增长、全球气温变暖和自然环境恶化使地球上的生物正在经历有史以来第6次大灭绝。目前物种消失与地球历史上的生物灭绝事件惊人相似,据估计,50年后100多万种陆地生物将从地球上消失。物种保护形势紧迫

假如有一天,地球上没有了千姿百态的花草树木,没有了勃勃生机的动物,天上没有了飞鸟,水里没有了游鱼……只剩下孤零零的人类,人类还能生存吗?不,生态平衡的知识已经告诉我们,地球是人类、动物、植物和微生物的生物联合国,不是人类独有的王国。人类在寻求自己的生存物质、开辟新的生存基地和环境中,对其他生物采取“杀鸡取卵”或者盲目灭绝的做法,并不是聪明的做法,而是愚蠢的行为。野生动植物的灭绝,对于人类来说,并不是一个“伟大的胜利”,而是自己走向毁灭深渊的一个危险信号。

在地球生物圈里,生活着500万到3000万种生物。在这些数也数不清的生物中,只有100多万种生物“有名有姓”,绝大部分生物,人类见都没有见过。这些生物构成了地球上错综复杂的各种生命形式,它们是地球生命的支持系统,是人类唇齿相依的朋友。

生物多样性对人类生存非常重要。就拿植物这一项来说吧,大自然多彩多姿的植物大家族为人类提供了大量生活必需物质:水稻、小麦、玉米、高粱、马铃薯等,是人类的“粮仓”,人类所需要的营养物至少75%来自于这些植物;大豆、花生、芝麻、油菜、油棕等,是人类的“油库”,它们为人类提供优质食用油;人参、甘草、灵芝等数以千万计的植物,是人类健康的“保护神”,它们为人类的兴旺发达默默奉献了几千年,现代医药约40%药物的原料是从植物中提取。在攻克现代文明病——癌症的战斗中,长春花藤等植物立下了“不朽功勋”。除此之外,还有水果、蔬菜、化妆、轻工、观赏等经济资源植物,是人类文明生活不可缺少的。

物种进化是一个客观存在的规律。在生物发展的历史舞台上,物种的灭绝和诞生反复上演着。年复一年,地球上有许多种生物灭绝,又有许多新物种形成。然而,自然界的自然淘汰往往需要经历很长时间。动物学家认为,按进化规律,平均一个世纪消失或出现两种鸟类,属于正常现象。6500万年前,恐龙的灭绝算是相当惨烈的。据推测,恐龙灭绝的速度相当于1000年一种。

时至今日,物种灭绝速度已呈惊人的激增趋势。据统计,目前地球上灭绝的鸟、兽类,1/3是19世纪之前漫长的历史时期内消失的,1/3是19世纪内消失的,而1/3是在最近的几十年里灭绝的,而且还有很多种鸟兽正面临绝境。

在绿色世界大约2万到25万种高等植物已濒临灭绝,几乎占了高等植物种类总数的10%。在美国的旅游胜地夏威夷群岛的植物中,受威胁、濒危的和已经灭绝的种类,合计已占全岛植物种类的一半。在南美厄瓜多尔的海岸地带,过去曾有一万多种植物,森林中有20多万种动物。但是自20世纪60年代以来,由于人口增加、城市扩大、大力垦植香蕉园等,原有的热带雨林几乎全被砍光,致使约5万种以上生物灭绝了。

由于多种多样的生物资源对于维持地球上自然界的生态平衡至关重要,而且它蕴藏着巨大的经济、科学价值,越来越为世人所瞩目,1992年6月,在里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上,通过了《生物多样性公约》。该公约是一项有法律约束力的公约,旨在保护濒临灭绝的植物和动物,最大限度地保护地球上的多种多样的生物资源,以造福于当代和子孙后代。截止到2008年5月,该公约的签字国已达190个。我国于1992年6月11日签署该公约。可以预见,“保护物种”在我国、在世界将成为一种社会风尚。

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我国现行的生物多样性保护政策是:“自然资源开发利用与保护增殖并重”、“谁开发谁保护、谁利用谁补偿、谁破坏谁恢复”。为保护生态平衡,我国先后公布了珍稀濒危保护动植物名录,其中含一级保护动物91种,二级保护动物162种;一级保护植物51种,二级保护植物203种。