自然探索 科学探索 历史探索(超值全彩白金版)
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

地球家园

地球概况

尽管已经经过了很多年的探索,但天文学家们仍然没有在宇宙的其他任何地方发现与地球相似的星球。我们居住的星球是太阳系8大行星之一,但是据目前所知,地球是唯一有生命存在的星球。

与太阳系的其他行星相比,地球很小。木星的直径超过140000千米,其体积是地球的1300倍。水星、金星和火星在体积上与地球较为接近,但是它们不是受到太阳的炙烤就是被包围在严寒中。而只有地球处于合适的温度范围内,因此拥有了水和生命。

在太阳系的8大行星中,距离太阳第三近的便是地球。地球最近的两个邻居是金星和火星。包围金星的大气呈酸性,温度很高,而包围火星的大气层很稀薄,温度很低。

»水的世界

正是水让地球变得独一无二。水也存在于太阳系的其他星球上,但几乎都是以冰的形式存在的。而在地球上,大部分的水都是以液态形式存在的。它慢慢地循环,传播太阳的热量,蒸发形成云,然后形成降雨。如果没有水,地球的表面就会像月球表面一样积满灰尘且没有生命。

地球上97%的水存在于海洋中,2%的水存在于冰川和极地冰雪中。剩下的1%几乎都为淡水了。其中只有0.001%的水蒸发在空气中。

在太阳热能的作用下,地球上的水不断地循环。雨水汇入陆地上的河流,同时也渗入泥土和多孔岩石中。地下水需要经过几千年之后,才能最后汇入大海。

»大 气

在月球上,天空看起来是黑色的。而在地球上,天空是蓝色的。这是因为地球被大气包围着,大气可以分散来自太阳的光线。事实上,大气的作用远远不止这一点。它保护地球上的生物不受有害辐射的危害,同时帮助保持地球的温度。此外,大气中含有生物必需的气体。

地表大气的厚度大约为400千米,但是大部分的水分蒸发过程发生在12千米的低空中,该领域被称为对流层。当锋面经过地球表面时,那里的大气状况就处于经常性的变动中。

氮气几乎占据了大气的4/5,所有的生物都需要这种气体,但是只有微生物可以直接从大气中获取该种气体——它们将氮气转化成植物和动物可以使用的化学物质。氧气是更为重要的气体,因为生物需要靠其来释放能量。氧气占据了大气的1/5,由于其可溶于水,所以在地球上的江河湖泊中都含有氧气。在这里需要介绍的第三种气体是二氧化碳,这种气体的含量很少,只占大气的0.033%,但是世界上的所有植物和很多微生物的生长都离不开它。

地球磁场保护我们不受太阳粒子的危害。在地球的南北两极,这些粒子形成闪耀的光帘,被称为“极光”。

»多变的地球表面

地球表面的平均温度约为14℃,比较舒适。但是在地球内部,却至少有4500℃。地心的热量涌到地表,熔化了岩石,引起了火山爆发,并使得大陆板块处于不断的移动中。其中的一些变动危及到了地球上的生命,但是也创造了很多机会。

如果没有这些变动,地球上的生命或许不会像现在这样多种多样。

地球是怎样形成的

与整个宇宙相比,地球仍然很年轻。大约在47亿年前,气体和尘土在重力的作用下聚集形成了地球,太阳系也就诞生了。

最初形成的地球与我们现在所知道的地球是完全不一样的,它没有空气也没有水,像月球上那样完全没有生命的存在。但是随着时间的推移,地球的内部开始出现热能,整个星球也开始出现变化。重元素比如铁等开始沉淀到地心部位,而轻的元素漂流到地球表层。随着地表温度的降低,矿物质开始结晶,形成了地球的第一层固体岩石层。热能的流动也引发了火山爆发,同时为生命的出现铺平了道路。

地球形成后,其表面渐渐冷却,这使固体岩层得以形成。地球的核心部位由于压力和自然的放射性而一直保持着高温。需要大约几亿年的时间才能完全消耗掉这些热量。

»空气和水

地球的岩石层形成于大约45亿年前,当时的火山比现在要活跃多了,地球表面到处都散布着火山爆发冷却后沉积下来的岩石层。与此同时,火山爆发释放出大量的气体和水蒸气。较轻的气体比如氢气便上浮到宇宙空间,而较重的空气则由于地球引力作用而留在了近地球的适当位置。这样便形成了早期的大气,其中含有大量的氮气、二氧化碳和水蒸气,但是几乎没有氧气。

在大约40亿年前,地球温度降低,使得部分水蒸气开始聚集起来。最初,水蒸气形成小水滴,整个地球上空覆盖起了云层。但是随着水蒸气聚集到一定程度,便形成了第一次降雨。有些倾盆大雨甚至持续了几千年,大量的降水渐渐形成了大海,随后大洋也开始出现了,而这里正是生命诞生的地方。

»频受撞击

年轻的地球常常遭到来自宇宙的碎片的撞击。大部分碎片是由尘土构成的,但是极具破坏力的陨石也会一次次地撞击地表。

在地壳形成后不久,可能曾有另一个星球撞击进入地球之中,使地球的重量增加了一倍,这也几乎把地球撞成两半。

一些科学家认为,月球很有可能是在这次撞击中形成的。根据这种理论,撞击过程中有大量的岩石散到宇宙中,之后又因为地心引力作用而聚集到一起。另一种可能性是,月球是作为一个完整的球体,在靠近地球时被其俘获的。

»岩石的循环

在月球上,陨星撞击留下了永恒的环形山,因为没有什么可以将之消磨夷平。然而,地球的表面却长期接受着风、雨和冰雪的洗礼改造。火山爆发则带来更加巨大的变化,其不仅促成了山脉的形成,而且使得大陆板块一直处于移动状态。这些变化从海洋和大气最初出现时就已经开始了,岩石也因此被分解成细小的颗粒,并被冲刷到河流中,最后被带入大海。在这个过程中,岩石颗粒沉积下来,构建起海床。几千年以后,这些沉积物转变成坚固的岩石。如果这些岩石被向上抬升,就可以形成干旱的陆地,则岩石的循环就将再一次进行。

在世界的很多地方,地壳就像一个很大的三明治,由很多几百万年前沉积下来的岩石构成。这些岩石层记录着地球的历史,并显示岩层形成时的状况。

岩层中的化石也可以告诉人们,在那一时期地球上存在着哪些生命。

与月球不同的是,地球表面分布着火山。大约60万年前北美洲的一场火山爆发产生了1000立方千米的熔岩和火山灰。而在更早的时间里,甚至出现过更大规模的火山爆发。

»氧气的形成

地球最初形成的岩石层已经看不到任何痕迹了,因为它们早已经被破坏掉了。迄今为止发现的最早的岩石层大约形成于39亿年前,这些岩石中不存在化石。尽管如此,科学家们还是相信,当这些岩石形成时,生命已经开始起步了。这些原始生命存在于地球上氧气非常稀少的时候。但是在接下来的20亿年中,大气中的氧气含量开始渐渐上升,直到其达到21%的比例——这也正是如今氧气在大气中的含量。神奇的是,这种变化完全是由生命体带来的,负责该项转化工程的生物是微小的细菌。通过阳光、水和二氧化碳,细菌渐渐形成一种生存的方式,即光合作用——细菌从空气中获取二氧化碳,而将氧气作为副产品释放出来。每一个细菌释放的氧气量都很小,但是经过万亿代的努力,大气中开始出现大量的氧气。没有这些早期的细菌,空气根本不适宜呼吸,动物类生命更不可能存在于地球上了。

地球的转动

地球不是静止地悬挂在空中,而是一刻不停地转动着,地球自转的平均时速为1600千米,同时地球还绕着太阳公转,其时速为10万千米。由于万有引力的作用,人们被牢牢吸在地球上,因此无法感知到地球的这种运动,但是人们可以在地球上观测到太阳的位置是不断变化的。正是地球的这种运动产生了昼夜更替和四季变化的现象。

»白天和黑夜

地球绕太阳一周需要365天,而地球自转一周仅需1天。这样就使得地球上总有一面向着太阳而另一面背着太阳:向着太阳的一面是白天,背着太阳的一面是黑夜。由于地球绕着相对静止的太阳转动,因此世界各地都在进行着昼夜的更替,每个地方都有白天和黑夜。地球自西向东转动,由于相对运动的结果,人们看到的太阳是东升西落的。地球自转一周所需要的时间是24小时,因而我们平时所说的1天也是指24小时。

»年

地球绕太阳公转一周的时间叫作1年,1年为365.242天。由于地球公转的轨道不是正圆形而是椭圆形,因而地球与太阳的距离会有所改变。地球距太阳最近的点叫作近日点,出现在每年的1月3日;地球离太阳最远的点叫作远日点,出现在每年的7月4日。

在美国的“大峡谷”,河水将岩石向下冲刷出1600米的深度,这是地球上可以看到的最大的深度。峡谷底部最古老的岩石大约形成于20亿年前。

»四季的产生

由于地球自转轴不是垂直的,而是与地球绕太阳公转的黄道面有一个夹角,叫作地球自转倾角。太阳在地球绕其公转的一年中会直射地球的不同地方,相应地造成南北半球接受的太阳辐射不同,所以在这两个区域就会出现四季。当地球的北半球(赤道以北的区域)面向太阳时,北半球接受的太阳辐射增加,就逐渐进入夏季;此时南半球是背向太阳的,所受太阳辐射减少,就逐渐进入冬季。相反,当地球位于太阳的另一侧、北半球背向太阳时,北半球就会逐渐进入冬季,南半球则逐渐进入夏季。地球在绕太阳转动过程中,当两个半球都不能获得更多的太阳辐射时,就产生了春季和秋季。

这张卫星图片显示:在任何时候总有一半的地球表面是暴露在太阳下的。太阳的辐射能是地球主要的能量来源,为地球提供了充足的光和热,没有太阳就不会有地球上的生命存在。

» 24时区

地球总是自西向东自转,因而东边总比西边先看到日出,东边的时间也总比西边的早。为了克服时间上的混乱,人们将全球划分为24个时区。每个时区正好是一小时。出国旅行的人,必须随时调整自己的手表,才能和当地时间相一致。凡向西走,每过一个时区,就要把表拨慢1小时;凡向东走,每过一个时区,就要把表拨快1小时。伦敦正午12点时,正是纽约上午7点或东京晚上9点。

地球绕太阳一周的路程大约是939886400千米。

地球与太阳的距离大约为1.5亿千米。

24时区划分示意图

地球气候带

离赤道越近的地方,气候越炎热;离赤道越远的地方,气候越寒冷。赤道地区获得太阳的光热最多,因此赤道地区温度非常高;远离赤道的地区,获得太阳的光热较少,因此比赤道地区温度要低;南北两极接收的太阳光照特别少,因此这些地区非常寒冷。根据这个影响因素,以赤道为界把地球分为3个类型的气候带:热带、温带和寒带。

»气候类型

不同地区的气候取决于这个地区离赤道距离的远近,同时还受到当地海洋、山脉等因素的影响,因此气候类型的划分是一项很复杂的工程。例如,海洋地区比较温暖湿润,而远离海洋的内陆地区则夏天炎热,冬天寒冷。世界上最冷的地方在南极洲,那里只有很少的生物生长,没有人类长期居住。

位于埃塞俄比亚的达罗尔谷地是世界上平均气温最高的地区之一,年均气温为34.4℃。

世界上降水量最多的地方是印度的乞拉朋齐,年均降水量达12700毫米,年最大降水量多达22990毫米。

»热带

热带地区全年皆夏,年平均气温在27℃左右。热带气候多种多样:热带沙漠地带,常年干旱少雨,日照强烈,气温极高,撒哈拉沙漠就属于热带沙漠气候;有的热带地区,高温多雨,有些热带地区既有闷热多雨的雨季,又有干旱少雨的旱季。在热带雨林地带,年降雨量特别大,热空气中夹杂着大量的水汽在早上聚积并上升形成雷雨云,午后时分,雷雨云越积越多,最终形成降雨。热带地区的植被茂盛,树的蒸腾作用强,空气非常潮湿。

»气候变暖

太阳是地球热量的主要来源。太阳的热量通过辐射的方式传到地球上,热量在穿过厚厚的大气层时,会损失大量的热。来自太阳辐射的短波可以轻易地穿过大气层,而地球反射出来的长波辐射则大部分被大气中的二氧化碳等气体吸收,这就是人们常说的“温室效应”。过去,这种“温室效应”在一定程度上使地球上的温度升高,可以起到一些正面作用。然而,由于工厂和汽车在利用煤和石油燃烧时释放出的温室气体越来越多,气体吸收了越来越多的热量,使得“温室效应”大大增强,科学家们认为温室气体就是引起全球气候变暖的最主要原因,与正面作用相比,全球变暖对人类活动的负面影响将更大、更深。

»地球面临的威胁

最近一段时间以来,人们生产活动的规模越来越大,对脆弱的地球造成的危害也越来越多,既破坏了大气层又威胁着动植物的生存。汽车和工业装置排放的尾气使空气的质量急剧下降,并且形成酸雨等降水;超音速飞行器和冰箱里释放的气体进入大气层,会使具有调节气候作用的臭氧层受到破坏;农业上使用的农药进入河流;许多种类的稀有动植物已经灭绝;森林锐减;大面积风景如画的乡村随着海平面的上升也逐渐被淹没。

人类的生产活动引起了一系列的环境问题。

1.大约2.2亿年前,地球上只有一块超级大陆称为泛古陆,被无边无际的泛海洋所包围。这时泛海洋中一个巨大古海——特提斯海开始向泛古陆扩展。

2.大约2亿年前,泛古陆以特提斯海为界,分裂为两部分。北面是劳亚古陆,包括亚、欧、北美的古大陆;南面是由南美、非洲、大洋洲、南极洲以及印度拼合而成的冈瓦纳古陆。

3.大约1.35亿年前,那时在非洲和南美洲之间开始出现南大西洋,印度脱离非洲大陆,向亚洲大陆方向漂移,欧洲大陆和北美洲大陆这时仍然是连在一起的。

4.大约6000万年以前,北美洲大陆和欧洲大陆分离,印度也投入了亚洲大陆的怀抱,大洋洲与南极洲最后分离。经过逐渐漂移,南极洲大陆最后移到了南极地带。

大陆漂移

地球时刻不停地在我们的脚下移动着。仔细观察地图,你会发现,南美洲与非洲本来是连在一起的,南美洲东海岸与非洲西海岸之间的大西洋像是它们之间的一道裂痕。据此,德国气象学家魏格纳于1924年提出“大陆漂移说”。这一理论认为,在2.2亿年——恐龙时代——以前地球上只有一块无边无际的泛海洋所包围的超级大陆,称为泛古陆,由较轻的固态硅铝层组成。到古生代以后,泛古陆由于地震的影响开始破碎,碎块在地球自转和日月潮汐力的作用下,逐渐漂移开来,形成了今天的陆海分布格局,并且还一直处于漂移状态。

»世界上最大的板块

新全球构造理论认为:不论是大陆地壳或是海洋地壳都曾发生并还在继续发生大规模的平移运动。理论认为地球表面的岩石圈的构造单元是板块,全球被划分为20个板块地带,其中包括9个大板块,还有11个较小的板块。各个板块之间相互滑动着,其中大陆板块就像漂浮在水中的木筏一样。

»板块聚合

板块包括地壳和地幔上部,各板块在其交接部分做相对运动,其中一种是一个板块向另一个板块做俯冲运动,即板块聚合。板块聚合多发生在环太平洋带及地中海—喜马拉雅带。当一个板块俯冲到另一个板块下面时,会在海底形成一道很深的沟。

»板块分离

各板块在其交接部分做相对运动时,有时会做相互分离的运动,即板块分离。炽热的熔岩沿着地壳巨大裂缝溢出地表,冷凝后形成覆盖面广阔的熔岩地带。太平洋正以每年20厘米的速度扩张着。

海底的两个板块互相作用,做分离运动。

高山

高山看起来是固定不变的,实际上高山作为一种动态资源,是随气候变化而不断变化的。世界上的山是随地球的形成而形成的,其中最高大的喜马拉雅山形成于4000万年以前,直到现在还在不断长高;而大部分山脉则随着气候的变化慢慢变平,或者退化为丘陵,美国的阿迪朗达克山就经历了这样的变化。

»山的种类

山的种类一般分为3种。熔岩山是由岩浆或熔岩堆积而成的锥形小山,华盛顿的圣海伦山就是一座熔岩山;还有一部分山是由地壳断裂上升形成的块状山体,称为断层山;而世界各个大洲的最高山脉,都是因地壳运动,造成地表岩石大面积褶皱而形成的,称为褶皱山。位于南、北美洲西部的安第斯山脉和落基山脉都属于褶皱山。

3种不同类型的山脉

安第斯山脉绵延9000千米,相当于从伦敦到巴黎10个来回的总里程。

历史上记录的最猛烈的火山喷发于公元前1550年发生在古希腊的圣托里尼岛。

»断层山

由于地壳的剧烈运动(如发生地震),岩石层中的巨大岩石会产生层间滑动或者断层错动,它们的移动速度非常慢,大约只有几毫米,慢慢累积起来,会有几米的距离。经过数百万年后,连续不断的地壳运动会使岩层上升或下降很大的距离。加利福尼亚州的内华达山脉就是由于地壳的抬升以及伴随的断层运动形成的断层山,内华达山脉巍峨险峻,陡峭处海拔约3350米,山脉绵延数百千米。

断层运动示意图

»褶皱山

地层是地壳表层呈带状分布的层状岩石。有些岩石是由沙、黏土等沉积物积聚而成的,还有一些是由火山喷发时喷出的岩浆经冷却而成的矿物岩石,称为火成岩,大多由玄武岩组成。褶皱山是由于地壳受到倾斜、褶皱和挤压等外力作用而形成的山地。

»喜马拉雅山

地球上的大陆板块不断发生着碰撞、挤压。印度板块从当时的赤道附近出发,向北漂移,在4000万年前,印度板块与北方的欧亚大陆板块发生碰撞,就像一艘船劈开水时形成的波浪一样,喜马拉雅山开始隆起。由于印度板块移动的惯性非常巨大,以至于直到今天,它仍然以一定的速度向北推移。

火山

软流层的岩石处于高温状态,部分熔融成为岩浆,岩浆比周围的岩石温度高,密度小,所以会经常往上涌。由于平时被死死地压在地壳下面,承受着巨大的压力,所以一旦岩浆遇到地壳较薄的地方或裂缝,就猛烈地冲出地面,冷却后成为火成岩。经过不断喷发,不断冷却堆砌,最终形成锥形的火山。

»火山喷发

火山喷发是岩浆等喷发物在短时间内从火山口向地表的释放。由于岩浆中含有大量的挥发分(如蒸汽和二氧化碳等气体),加之上覆岩层的围压,使这些挥发分溶解在岩浆中无法逸出,当岩浆上升靠近地表时,压力减小,挥发分被急剧释放出来,冲破岩层并打开火山喷发的通道,将房屋大小的碎块喷向高空,形成火山喷发。

火山喷发示意图

»火山类型

大部分火山都位于地壳表面各大板块的交接裂缝处,但其类型和规模有所不同。一种是一个板块俯冲到另一个板块下面,即两个板块聚合时,火山灰烬被冲到天空后落下堆积成有陡峭山脊的锥形山,这种火山被称为“锥形火山”,该型火山在爆发时,产生剧烈的爆炸,同时喷出大量的气体和火山碎屑物,其岩浆具有很强的酸性。另一种是两个板块发生分离时,岩浆由火山口流出,硬化形成很宽的盾形的火山,这种火山被称为“盾形火山”,形成盾形火山的岩浆酸性较弱,喷发速度比较慢。

锥形火山

盾形火山

»沸腾的岩浆

火山喷发时,有时只表现为气体的爆炸,而没有岩浆喷发出来,但是由于火山潜在的热量巨大,因而也会产生其他影响。有时,火山喷发不经过火山口,而是从一些裂缝中喷出,这时它的表层温度会高达数百摄氏度,当岩浆“烧热”泉水时,热泉就会流出地表,或者以蒸汽和水的形式直接喷出,形成“间歇泉”。不过,有时火山也可以在一天内从裂缝中喷出数百吨有毒的气体,就像浓烟从烟囱的“喷气孔”散出一样。

热泥锅

喷气孔

1815年,印度尼西亚爪哇的坦博拉火山爆发,喷入空中的火山灰和碎石在地球大气圈中形成一个层面,它遮挡了太阳给予整个地球的光和热,结果在随后的2年里出现了潮湿、阴冷的天气。

220万年以前,在美国的黄石地区发生了一次巨大的火山喷发。从火山口喷发出来的物质足够堆积6座地球上现存的最大的火山。

»熔岩流

炽热的岩浆从太平洋的夏威夷火山口中涌出,并在火山口的下方堆积。炽热的熔岩缓缓流入大海,激起海面上一团团水汽,形成水火交融的壮丽景观。

»火山口

发生火山喷发时,熔岩和火山碎屑物(火山灰、火山弹、火山渣)的沉积逐渐形成锥形火山,强大的气体压力使靠近地表的岩浆库急剧裂开。爆炸过后,火山顶峰坍塌,形成宽而圆的火山口。下次喷发时,喷出的气体和熔岩再次摧毁圆形山顶,形成更为宽阔的火山口。这样,熔岩和爆炸沉积物一层层累积起来,经风化和侵蚀后扩大,积水成为湖,美国俄勒冈州的火山口湖就是这样形成的。

火山口湖剖面图

地震

当一辆大卡车经过时,人们会感觉到地面在震动。大部分地震都是由于运动引起岩层断裂错位而产生的地壳震动,称为构造地震。地震是地壳岩石的突然变化,地质运动会引起地壳岩层变形而产生应力,岩层变形的不断累积会使应力增大。当岩层应力大于岩层强度时,岩层就会突然断裂错位,并以振动的方式急剧释放长期积累的能量,从而产生地震波。地震波向四面八方传播出去,当达到一定强度时,引起地面震动,即地震。地震可以摧毁一座山,也可以使一个城市顷刻间成为废墟。

地震波向四面八方传播,达到一定程度时,就引起地面震动,称为地震。

»地震波

地震波是指从震源产生的向四处辐射的弹性波。由于地震介质的连续性,这种波就向地球内部及表层各处传播开去,沿地球表面传播的弹性波,是造成建筑物强烈破坏的主要因素。而震中(从震源垂直向上到地表的地方叫作震中)处的弹性波是最强烈的,可以造成更严重的破坏,但是由于这些波向外传播会消耗一定的能量,因此其破坏程度随着距离的增大而得以减弱。

»地震带

地震发生较多又比较强烈的地带,称为地震带。欧洲东南部地震带和环太平洋地震带都是著名的地震多发区。通常这些区域小震频繁,每经过一段时间都会爆发一场大的地震。居住在美国加利福尼亚州的人们经常处于地震的威胁中,加州处于太平洋板块和北美洲板块的结合处,太平洋板块一直缓缓地向东北方向移动,不断挤压北美洲板块,造成加州地区地质活动频繁。著名的圣安德利亚斯断层是加州地震的最大“肇事者”。1906年,由于此断层而爆发的旧金山大地震,引起的大火烧毁了整个旧金山市区。

构造板块的交接地带,极易发生地震和火山爆发。

»震级

震级作为一个观测项目,是美国地震学家C.F.里克特于1935年首先提出的。地震有强有弱,用以衡量地震本身强度的“尺子”叫作震级(由于震级标准是里克特提出来的,所以又称“里氏震级”),最低为1级(轻微的小震),最高为大于9级(巨大地震)。“里氏震级”只是一个量级,不能描述地面遭到地震影响的程度,因而地震学家又定义了“麦氏震级”,即烈度。用地震烈度来描述地面遭到地震影响和破坏的程度,用罗马数字Ⅰ~Ⅻ表示,最低为Ⅰ级(Ⅰ级时人几乎感觉不到),最高为Ⅻ级(Ⅻ级时可造成毁灭性的破坏)。

里氏震级是在纸或者电脑屏幕上利用上下的曲线来记录地震的震动情况。

麦氏震级标准

»海啸

海啸是一种具有强大破坏力的海浪,当地震发生于海底时,海底底层发生断裂,部分地层猛然上升或者下沉,使得从海底到海面的整个水层发生剧烈“抖动”,形成巨大的海浪,向前推进,从而造成将沿海地带一一淹没的重大灾害。

陆地水资源

地球上水的总量是不变的,水在太阳辐射和重力作用下,以蒸发、降水和径流等方式进行的周而复始的运动过程,称为水循环。雨水降落到河流、湖泊和海洋中,太阳辐射使水分从海洋和陆地表面蒸发(变成水蒸气),从植物表面散发变成水汽,成为大气组成的一部分;水汽随着气流从一个地区到另一地区,或从低空到高空;大气中的水汽在适当条件下凝结,并在重力作用下以雨、雪和冰雹等形式降落;降水在下落过程中,除一部分蒸发返回大气外,另一部分经植物截流、填洼等形式滞留地面,并通过不同途径形成地表径流和地下径流,汇入江河湖海。

»地球的水环境

地球的水储量相当丰富,共有5.25亿立方千米之多,不过淡水资源仅占3%。而在这极少的淡水资源中,又有绝大部分被冻结在南北两极的冰 盖 中,加上难以利用的高山 冰 川、永冻积雪和深层地下水,真正能被人类利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分,这些淡水资源被广泛应用于工业、农业、植被以及生活等方面。

»河流

地球上的降水和高山融雪可以有效地补给河流,随河水流入海洋或湖泊中。事实上,河流的补给不仅仅来自降水,在一些比较潮湿的地方,即使年降水量非常少,当地的河流依靠地下水的补给,仍然不会干涸。降雨时雨水不仅仅在地表上向四处流淌,同时也会渗入地下补给地下水,地下水遇到岩石阻挡,压力增大,水位逐渐升高,最终涌出地面,形成泉水。

1.太阳辐射使水分从海洋和陆地表面蒸发,变成水蒸气,成为大气组成的一部分;

2.水分从植物表面散发变成水汽,成为大气组成的一部分;

3.水汽随着气流从一个地区到另一地区,或从低空到高空,变成云;

4.云承载的重量太大时,大气中的水汽在适当条件下凝结,并在重力作用下以雨、雪和冰雹等形式降落;

5.降水在下落过程中,除一部分蒸发返回大气外,另一部分经植物截流、填洼等形式滞留地面,并通过不同途径形成地表径流和地下径流,汇入江河湖海。

分布在每个大洲的最长的河流。(关于河流的长度,不同的资料有不同的说法,主要差异在于如何确定河流的发源地。)

»冰川湖

北美洲和欧洲的许多大湖都是约1万年前的冰川活动的产物。它们位于当年被冰川活动反复扩大的河谷中,湖盆主要由冰川刨蚀而成。当大陆冰川消退后,冰水聚积于冰蚀洼地中,形成了冰川湖。包括苏必利尔湖在内的许多大湖都是通过这种方式形成的。

»三角洲

河流流入海洋或者湖泊时,水流开始向外扩散,因流速降低,动能显著减弱,所携带泥沙开始大量沉积,逐渐冲刷成一片向海或向湖深处的平地,从平面上看,外形呈三角形或者扇形,所以称为三角洲,水流在此处发生分叉,形成很多支流。在海水浅波浪作用较强,能将深处河口的沙嘴冲刷夷平的地区,常形成扇形三角洲。非洲尼罗河的入海口就有面积很大的扇形三角洲。在波浪作用较弱的河口区,河流分为几股同时入海,各支流的泥沙量均超过波浪的侵蚀量,泥沙沿各叉道堆积延伸,形成长条形大沙嘴深入海中,使三角洲外形呈鸟足状。美国密西西比河三角洲就是一个典型的鸟足形三角洲。

扇形三角洲示意图

海洋概况

世界四大洋是指:太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。另外地球上还有很多的大海,如地中海、红海等。目前为止,人们对于深海底部的了解还不如对火星表面了解得多。现在,科学家利用声呐和计算机模拟等技术发现,海底世界的面貌和我们居住的陆地十分相似:有雄伟的高山,有深邃的海沟与峡谷,还有辽阔的平原。

»海沟

越过大陆坡,就是深邃的海沟或岛弧——沿着海沟的火山。在此处,大洋板块俯冲到大陆板块以下,其交错地带形成了海沟,海沟是海洋中最深的地方,它与附近的岛屿构成了地球上最大的高度差。马里亚纳海沟为目前所知的世界上最深的地方,也是地壳最薄之所在,位于太平洋西部,深度达10920米。1960年,“得里亚斯特”号深潜器下潜到了海底。

»大洋底部

世界大洋的底部像个大水盆,边缘是浅水的大陆架,中间是深海盆地,洋底有高山深谷及深海大平原。海底平原的面积广大,但并不是真正意义上的“平”。太平洋的海底地貌起伏较大,有规模宏大的海底山脉。大西洋底部存在世界上最长的山系,叫作大洋中脊,这条山系纵穿整个大西洋,东折后与印度洋山系的西南支相连。

»太平洋

太平洋是世界上最大的大洋,其面积约为1.81亿平方千米,是世界第二大洋大西洋面积的2倍,约占地球面积的1/3。太平洋上有数千个岛屿,其中包括大量的火山堆,通常山顶只高出海平面1米左右。太平洋的海面十分平静,这就是其英文之所以称为“Pacific”的原因。

»潮汐运动

通常,地球上绝大部分地方的海水每天都出现2次涨潮和2次落潮。海水上升时高出海面,称为“涨”;海水退去时,称为“落”,海水这种周期性的涨落运动就是“潮汐”。科学地讲,潮汐是海水在月球和太阳对地球的引力作用下所发生的周期性运动。地球在向着月球的地方,月球的引力大于离心力,引力起主导作用,此时出现涨潮现象;在背对月球的地方,离心力大于地球的引力,离心力起主导作用,也会形成涨潮。海水的潮来潮往很有规律性,每个月会涨2次大潮。

一次涨潮发生在地球向着月球的地方,此时月球的引力大于离心力,引力起主导作用。

一次涨潮发生在地球背对着月球的地方,此时离心力大于月球的引力,离心力起主导作用。

»海底“黑烟囱”

在海洋的深处,发现有多处喷涌缕缕黑烟的天然烟囱,我们称之为“黑烟囱”。海底出现地裂和扩张,地球内部源源不绝喷涌而出的熔岩冷却凝结成新的海底岩石,将古老的海床置于其下并取而代之。海水在地心引力的作用下倾泻深入地裂中,同时形成海底环流将熔岩中大量的热能和矿物质携带出来。当炽热的海水再度喷射到裂缝上方并与冰冷的海水相遇时,其中含量丰富的矿物质被溶解并形成缕缕漆黑的烟雾。矿物质遇冷收缩最终沉积成烟囱堆积物,地裂中热液顺烟道喷涌而出形成景致奇异、妙趣横生的海底热泉。

景致奇妙的“海底烟囱”

西风漂流是西风吹送海水所形成的洋流。环南极洲地带的西风漂流每年的海水流量是亚马孙河的2000倍。

地球上海洋的平均深度为2000米。

韩国沿海地区的潮水最高时达到9米。

大气层与云层

地球被一层很厚的大气层包围着,如果没有大气层,地球就会像月球一样,根本没有生命存在。当阳光进入地球大气时,大气中的化学物质可以把太阳辐射中的有害成分吸收掉。大气层为人们提供新鲜的饮用水,并提供人类以及其他动物生存所需要的氧气。由太阳辐射引起的各种地球上的天气变化现象也都发生在大气层中。

»大气层

地球大气层或大气圈是包裹在地球外围的一层空气,是地球最外部的气体圈层。大气层的最底部是对流层,紧靠地球表面,其厚度大约为10千米,是大气中最稠密的一层,约占整个大气总量的70%以上。对流层以上,空气变得越来越稀薄,当延伸至距地球表面800千米的地方时,大气已极其稀薄,很难界定哪里是大气层的终点,哪里是太空的起点。

»冷空气与暖空气

地球任何地方都在吸收太阳的热量,但是由于地面每个部位受热的不均匀性,空气的冷暖程度就不一样。于是,暖空气膨胀变轻后上升,冷空气冷却变重后下降,这样冷暖空气便产生对流,形成了风。风从中心高压区吹向四周的称为反气旋,相反,风从四周进入中心低压区的称为气旋。气压差越大,风速越大。

»云

云是大气中水汽凝结成的水滴、冰晶或由它们混合组成的可见悬浮体。云的外形特征千变万化,形成原因各不相同。按形状主要分为2类:一种是积云,主要由水滴组成,但是有时可伴有结晶,它主要是由空气对流上升冷却使水汽发生凝结而形成的。另外一种是层云,层云是在大气稳定的条件下,因夜间强辐射冷却或乱流混合作用,由水汽凝结或雾抬升而成。2种类型的云在空中不同的高度呈现不同的形式。

»地球上的风

地球上的风主要受热带气团、极地气团和中纬度气团所控制。在极地地区,由于气温低,气流收缩下降,气压高,气流向赤道方向流动;在热带地区,由于赤道地区气温高,气流膨胀上升,高空气压较高,受水平梯度力的影响,气流向极地方向流动;在中纬度地区,赤道来的气流在此地聚积下沉,使该地区地表气压升高。风并不总是由北向南吹的,由于地球自转所形成的地转偏向力在北半球总使空气运动向右偏,在南半球向左偏。

暴风雨天气

暴风雨到来时,会伴随着大而急骤的风雨。暴风雨天气多发生在夏天,常表现为雷暴,雷暴的持续时间非常短,而产生于热带地区的飓风通常会持续一天以上。暴风雨天气的成因是相同的:热量和湿气的高度积聚。雷暴是由发展迅猛的积雨云引起闪电、雷鸣现象的局部地区对流性天气。在夏天晴朗的日子里,太阳的照射可能会激发积雨云的产生,形成雷暴。飓风产生于热带海洋的一个原因是因为温暖的海水是它的动力“燃料”,在热带的海洋上空,因为上层海水比较热,加热了上层的大气,使得大气既温暖又湿润,暖气旋转上升使得水汽凝结就变成了雨滴。

»龙卷风

龙卷风是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风旋涡,空气绕龙卷风的轴快速旋转,受龙卷风中心气压极度减小的影响,近地面几十米厚的空气从四面八方被吸入旋涡的底部。龙卷风中心附近风速非常高,风力特别大,在中心附近风速高达400千米/小时,破坏力极强。龙卷风所到之处,会掀翻车辆、摧毁建筑物等,有时还会把人畜卷走,危害十分严重。美国中西部的广阔区域以“龙卷风道”最为著名,形成于每年的3~7月。

美国中西部的广阔区域以“龙卷风道”(图中深色区域)最为著名。

»天空的放电现象

雷雨云是对流云发展的成熟阶段,多发生在温暖、潮湿或云层顶端温度较低的环境中,常伴有电闪雷鸣、狂风暴雨的天气。云中水滴在高速气流中做激烈运动,分裂成一些带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒,后者被上升气流携带到高空,前者则聚集在低空云层中,这样正负两种电荷便在云层中被分离,这就是云层带电的原因。当电荷之差达到足够大的程度时,就开始通过闪电的形式释放电荷,闪电从云层底部伸至顶部,或从云层底部伸向地面。

伴随着电闪雷鸣的雷雨云

»飓风的威力

飓风有时也叫热带气旋、台风,它威力巨大,有时会拔起树木,摧毁房屋。飓风带来的暴雨还会造成水灾。沿海地区甚至可能被时速320千米的飓风掀起的巨浪淹没。飓风形成于水温高于27℃的高温洋面,由于太阳的热量,洋面上的潮湿空气不断蒸腾上升。起初在风暴中心有个低压环,叫作风眼,直径可达数百千米,风力也仅为大风级,而当风眼直径缩至50千米时,风眼周围的风力便达到飓风级,成为飓风。每次形成的飓风都有一个自己的名字,现在气象卫星能够在飓风远离海洋的时候,就跟踪监测到它们,并向人们发出警告预报。

»锋面

在热带和极地之间的地区,以北美洲为例,这些区域的强暴风雨天气都是与低压槽相关联的。低压槽附近是冷暖气流交会的场所,冷暖气流在此相遇后,并不是相互混合,而是相互推入,二者之间的交界处形成锋,锋面的天气状况很不稳定。低压可以跨越几百千米,但过境时间通常不到24小时。低压经过后,首先到达的是暖锋,暖锋过后,紧接着就是冷锋。

首先到达的是暖锋面,在锋面附近,暖空气爬到冷空气的上面,会带来一段时间持续稳定的降雨。

暖锋面过后,冷锋面来临。冷锋面往往带来狂风和降水强度极大的暴雨,并伴有电闪雷鸣,具有很大的破坏力。

天气预报

天气是地球大气层的状况以及这些状况如何频繁地变化和表现的总称。天气复杂多变,难以预测,现代气象学家在成千上万个不同的地点观察天气,计算可能发生的变化。他们通过国际气象网站、高空气球和气象卫星等途径获取数据资料,并将其输入计算机进行分析,利用气象图绘出冷暖空气交界的锋面图,以此来预测天气形势。不过,一个地方的天气变化可能会影响到其他地区的天气走势,所以要准确预报天气是很不容易的。

»气象卫星

天气系统的形成发展和移动变化能被气象卫星探测到,气象卫星的照片可以显示出飓风的生成过程和它在海洋上空的运动过程。气象卫星还可携带采集数据的仪器设备,而采集到的数据被转换成天气预报需要的温度、压力和湿度等资料。这些资料与其他信息结合起来,以增强天气预报的精准度。

天气系统的形成发展和变化能够通过气象卫星探测到,卫星再将各项同步数据传送给计算机,计算机把卫星测量结果转换成温度、压力、湿度和风力等数据,并综合来自雷达、测量船、飞机、浮标等的信息数据,及时准确地作出预报。

»厄尔尼诺现象

当厄尔尼诺现象发生时,南美海洋中的冷水被暖水取代,这一变化会影响全球的气候状况。卫星照片上显示的红色和白色部分就是暖水形成的暖流,暖流沿着赤道向东运动,黑色部分为陆地,其他颜色是低湿水流,它们环绕在暖流四周。科学家们希望通过分析这些图片,能够找出厄尔尼诺现象与全球气候变化之间的联系。

1997年厄尔尼诺现象的形成发展示意图

气候变化

过去50年来,我们的地球处在不断升温之中。但是气候变化并不是什么新鲜的事物,整个地球的历史,就是生物适应气候变化的历史。

地球的气候就如同一台极其复杂的机器,分为上亿个不同的部分,预测气候未来的变化是相当困难的事情。不过回顾气候史就相对比较简单,这得感谢气候变化留下的大量证据,包括树木年轮的厚度和在极地冰层中获得的古代空气的成分。这些证据显示了地球气候的多变,而且许多重大变化的发生速度比科学家们原来预测的要快得多。

这张图表显示的是过去100万年中世界平均温度的变化情况。其中有几个比较主要的温暖期,称为间冰期,有些持续时间比较短,还有一些则持续很长一段时间。我们现在就生活在间冰期。

»冰河期

2万年前的地球是与现在完全不同的一幅景象。北半球的大部分被无边的冰川覆盖,南至现在的伦敦和纽约,甚至像新几内亚这样的地方,高山上都覆盖着冰川。所以大量的水都封存在冰川之中,因此当时的海平面要比现在低100米。对于植物和动物而言,这种寒冷的环境对它们产生了深远的影响。积极的一面是,那时的陆地面积要比现在大得多,许多现在的海底在那时候都是又高又干的陆地,这样,动植物的传播就更为容易——它们可以在现在被海洋分割开的地方之间迁徙传播。但消极的一面是,对于生命而言,这种极端冷酷的环境是个巨大的挑战。为了保暖,冰河期的哺乳动物都有着厚厚的脂肪层和长而粗的毛发。

地球上的气候形成来自于很多方面,其中之一就是云层。云层将阳光反射回宇宙空间,同时它们也像毯子一般维持着地球的热度。

» 气候变化的原因

这次冰河期不是地球经历的第一次,也不可能是最后一次。科学家们发现:地球的气候在被称为间冰期的暖期和更为寒冷的时代之间摇摆。许多专家认为气候的变化主要是由于地球轨道的变化,但是也涉及其他因素,比如火山爆发和大陆板块漂移等。

大陆板块从形成开始就一直处于移动之中。火山活动的热能为这种移动提供了能量,每年的移动速度为几厘米。这种运动非常缓慢,人类无法察觉。不过,经过几百万年的时间,这种移动可以完全改变地球的外貌。由于板块的移动,海洋的形状也处于变化之中。

极地冰就像世界气候的日记本一样,它能捕获当时的尘埃、花粉和空气。科学家们可以通过深钻冰层获得几千甚至几百万年前的冰芯样本。

在气候的变化中,海洋因为存储了来自太阳的热能而扮演着至关重要的角色。大部分的热量被存储在热带海域,再通过温暖的洋流传送到南北半球。但是如果板块的移动阻隔了洋流,南北两端就会开始变冷,这种情况足以触发一次可以持续几十万年的冰河期。

»岁月的变迁

上一次冰河期大约在1万年前结束,地球开始变暖,冰川开始消融。从那时起,全球气候就一直相当稳定,不过也并非一成不变。地球平均温度起起落落,降雨量也一直在变化之中。在一些地方,比如撒哈拉沙漠,这些变化带来了一些戏剧性效果: 现在的撒哈拉地区是世界上最干燥最贫瘠的地方,但是在5000年前,撒哈拉地区的气候相当湿润,在那时,大象和羚羊生活在开阔的林地中,河马繁衍在河湖地区。接下来的3000年间,撒哈拉的气候变得越来越干燥,沙漠开始扩张,动植物的生活范围不断缩小以至于消失。不过并不是全然消亡——在撒哈拉地区的山脉中,气候稍潮湿一些,油橄榄树和淡水鱼就生存了下来。

这些在雨中的角马可能看上去很可怜,但是它们正是依靠雨季的大量降水来生存的。如果降水太少,那么就不会有足够的食物供它们食用一年。

季节和天气

地轴不是垂直的,而是向着太阳以一定角度倾斜的。这个倾斜度很小,却给地球上的生物带来了很大的影响,因为这是四季产生的原因。

在赤道上,中午的太阳几乎是直射的,每天的日照时间基本都是12个小时。但是从赤道向南或者向北,太阳变得越来越低,地球的倾斜带来的影响也就越来越大。在冬季,地轴远离太阳倾斜,因此白天短,气温低;在夏季,地轴靠近太阳倾斜,因此白天长,气温高。在极地附近,天气一直是寒冷的,但夏季白天的时间很长,因为太阳从不降落。

»一年一次的大降水

在热带,根本没有冬季,所以动物和植物不用面对真正的寒冷。但是它们需要应付多变的天气,因为季节常在干旱和多雨之间变换。在多雨季节,降雨量可以大得令人难以置信,比如,在印度东北部的乞拉朋齐,有过一月内降雨量达到9米的纪录,这是伦敦一年降水量的15倍还多。但是在极度干旱的时节,像乞拉朋齐这样的地方甚至滴雨不下。

春季,随着白天的变长,这棵英格兰橡树突然开始生长。它的嫩芽猛然张开,长出数千片嫩绿的叶子。

到了仲夏,橡树叶子开始变成深绿色,并且停止了生长。在叶子中间,橡子开始成形。

在秋季,叶子的颜色不再是绿色,而且开始掉落。橡子基本成熟——很快它们也将开始掉落在地上。

在冬季,树叶已经全部凋零,这样它就不会受到寒冷的伤害。橡树将保持这种状态直至第二年春季的来临。

热带植物和动物需要适应这种极端变化的天气。食草动物可以在潮湿季节里吃得饱饱的,因为这时候的植物长得最茂盛。但在干旱季节,生活就变得很难,因为很多植物停止生长,叶子都凋零了。食肉动物和食腐动物刚好相反,在干旱季节比在多雨季节生活得更好,因为它们的猎物由于饥饿或口渴而难以逃脱它们的猎捕。

»四季变化的世界

在地球的温带地区,可以将季节分为春季、夏季、秋季和冬季。在春季,白天迅速变长,植物生长旺盛。对于动物来说,这也是个繁忙的季节,几百万候鸟迁徙并开始繁殖后代。到了仲夏,大多数植物停止生长而开始产出种子。秋季是准备的季节,因为白天变得越来越短,气温开始下降。当冬季到来的时候,候鸟已经飞走,大部分树的叶子已经凋零。

温带地区不会太冷或者太热,但是天气总是变幻多端,很难预测——干旱的夏季可能突然出现大量降雨,而温暖的春季常常有霜和雪不期而至。动物和植物需要为这些变化做好准备,这样它们才能够在任何一种天气环境下生存下去。很多动植物根据日照时长的变化来决定自己应该生长还是冬眠。与天气不同,日照时长通常是与所处的季节相符的,因此这是确保自己跟上季节的节拍的绝好办法。

»极昼和极夜

沿着南北极圈,仲夏日太阳不降落,仲冬日,太阳不升起。南北极圈之间的地区,春季和秋季变得越来越短,夏季和冬季的区别越来越分明。而在南北极,太阳连续不断地照耀6个月,剩下的6个月便是冬季了。在仲冬,月亮通常也是在地平线以下的,因此唯一的光来自于星星。除了应付黑暗和严寒,极地生物还需要忍受极度的强风——在世界上风力最大的地方,也就是南极洲的海岸上,风力可以超过300千米/小时,有时一刮就是好几天。幸运的是,大部分极地动物都生活在海洋中,从而避开了冰冷的狂风。

生命时间线(上)

如果说整个地球的历史可以浓缩成一天的话,那么,第一个生命符号在第一缕曙光出现之前很早就产生了。不过直到大约晚上9∶30才开始出现类似今天存活着的动物。

为了了解地球漫长的历史,科学家将过去分为不同的阶段。最长的阶段被称为“代”,代又分为不同的“纪”,纪有时被分为更短的阶段,称为“世”。生物在这些不同的阶段之间进化,在它们死亡后留下了化石。在这篇文章中,你可以了解从2.45亿年前的古生代末期开始的漫长地球史中生物的进化演变过程。

»太古代

地球的这部分历史始于38亿年前——目前发现的最早岩石的年龄。这一时期持续了13亿年,刚超过地球全部历史的1/4。生命出现在太古代早期,最初的生命迹象是目前在37亿年前的岩石中发现的化学物质遗迹。这些化学物质是一些类似于今天的细菌的单细胞微型有机生物体留下的。

»元古代

元古代一词的英文“Proterozoic”指的是“早期的生命”。在这个时代中,微生物通过收集光能进化。其中比较著名的是蓝绿藻,它们的后裔一直延续至今。蓝藻细菌主要生活在浅滩海域中,有些形成了称为叠层石的大面积堆积物,在元古代的岩石中留有化石。

大约在10亿年前,生命向前迈进了一大步,出现了第一种动物。起初,它们非常微小,但是相较于早期的生命形式却更为复杂,因为它们体内存在许多细胞。到了元古代末期的文德纪,动物开始多样化,这些早期的动物包括一种生活在海底的一簇羽毛状的恰尼虫。

»古生代

古生代的英文“Paleozoic”指的是“古代的生命”。古生代共分为六个纪。第一个称为寒武纪,是地球历史中非同寻常的一个阶段。在这一阶段中,动物开始进化出壳和其他坚硬的身体部分,这场生物学革命创造出了许多新生命形式。这些动物包括三叶虫及其他节肢动物、软体动物和皮卡虫之类的早期脊索动物。脊索动物体内有一根坚固的主干,它们是包括人类在内的所有脊椎动物的祖先。

海洋生物在奥陶纪继续扩张。其中最大的一些动物包括鹦鹉螺——这种软体动物与现在的章鱼和乌贼有关联。奥陶纪末期,鲎及其他节肢动物非常常见,一些动物开始踏出了它们迈向陆地的第一步。

志留纪的海蝎子是3米长的庞然大物。莫氏鱼等鱼类在志留纪也比较常见。早期鱼类没有颌,在志留纪中,鱼类进化出了带关节的颌,这就使它们异于早期鱼类,能将食物咬碎。

到了泥盆纪,鱼类成了最大的海洋动物。4米长的邓氏鱼有着板状的牙齿,可以将食物一撕为二。然而,这一阶段的陆地上,生命有着更为多彩的发展——从鱼类进化而来的有四肢的两栖动物——鱼甲龙是最早习惯脱离了海洋环境的生物之一。

石炭纪中,无边无际的森林中出现了最原始的飞行昆虫,包括蟑螂和巨大的蜻蜓。最早的爬行动物也始于此时。到了二叠纪,它们就成了陆地主宰。异齿龙和基龙是体型最为庞大的爬行动物,两者背上都有“帆”,可以用于调节体温。二叠纪晚期还出现了大量的兽孔目动物,这些类似爬行类的动物是哺乳动物的祖先。但最终这些动物以大量死亡并灭绝而告终。

生命时间线(下)

在过去的2.45亿年中,动植物留下了一个巨大的化石宝库。包括爬行动物时代那些令人惊叹的遗迹和早期原始人类——最终演变为人类的人猿——留下的化石。

与前页上的时间线相比,本页中显示的时间线较短。如果说整个地球的历史被压缩为一天的话,这里显示的仅仅约一小时。不过在这一阶段,进化出了大量的生物,包括开花植物和到目前为止地球历史上最大的动物。这段时间线涵盖了两个地质时代:结束于6600万年前的中生代和延续至今的新生代。

»中生代

中生代又被称为“爬行动物时代”。这个时代也存在许多其他生物,但是爬行动物成为了海洋、空中和陆地上的最大主宰。科学家们将中生代分为三个纪。第一个叫作三叠纪。三叠纪之前就是发生了一场灾难,并导致地球上3/4的物种灭绝的二叠纪。

在三叠纪开始时,大部分陆地都是相连在一个称为“泛大陆”的超级大陆之上,气候温暖,树蕨、针叶树和苏铁科植物是比较常见的植物。三叠纪的爬行动物包括一些早期滑翔脊椎动物。进化也产生出了一些奇怪的动物,比如长颈龙,它们可以在岸上利用它们超长的脖子捕鱼。

恐龙的进化在三叠纪进入了末期,不过侏罗纪标志着它们统治的最高峰。由于气候变得更为潮湿,有些以植物为食的物种的体积达到了令人难以置信的地步,这些食草动物同样成了体积巨大的食肉动物的捕猎对象。跃龙就属于这些食肉动物,体重可以达到3吨。鸟类由带羽恐龙进化而来,最早可以追溯到侏罗纪时代。

白垩纪出现的开花植物引发了大量昆虫的进化。飞行的爬行动物——翼龙,通过皮质的翅膀在空中翱翔。其中一种称为羽蛇神翼龙,翼展可达12米,是最大的飞行动物。在恐龙中,小型的猎手有速龙,当时最庞大的陆地食肉动物则是霸王龙。但在6600万年前,地球被一颗巨大的流星撞击,使爬行动物时代遭到了灾难性的终结。

»新生代

在这一时代中,生命从白垩纪的大量灭亡中恢复了过来。哺乳动物开始填补爬行动物退出留下的空白,使新生代成功演进为哺乳动物的时代。

最原始的哺乳动物以昆虫和其他小动物为食,到了第三纪进化出了大型的食草动物。第三纪早期,各种草本植物得到了很好的发展,使得一些哺乳动物可以适应在草原和热带稀树草原上的群集生活方式,这些动物包括今天的马类和其他一些大型动物如雷兽以及原始象的祖先。鸟类也得益于恐龙的消失。体形较大且不会飞的不飞鸟成了当然的食肉动物,巨大的钩状喙可以将猎物撕成碎块。在第三纪末期,非洲出现了被称为南方古猿的原始灵长动物,其中一种类人猿动物成了我们人类的直接祖先。

第四纪早期,气候变冷,开始了较长一段时间的冰河期。哺乳动物适应了这些变化,有些高度特化的物种开始形成,其中包括剑齿虎,它们可以用长达18厘米的锯齿状牙齿杀死猎物。人类最早出现在大约50万年前。最初,人类依靠采集野生食物和打猎为生,到了冰河期末期,也就是1万年前,人类开始驯养猎物和种植植物。从那时起,我们这个物种就改变了这个世界。

生物圈(上)

在过去的37亿年中,生物遍布了整个地球。它们的家——生物圈,环绕着整个地球。

地球的直径大约是12000多千米,但是生物圈从顶部到底部不过25千米。如果地球是足球一样大小,那么生物圈的厚度不会超过一张纸。但正是在这个圈中,包括了地球上的所有生物——从最高的树、最庞大的动物,直到最小的微生物。这个圈里有些生物因为生存条件的理想而数量繁多,也有部分生物因为过热或者过冷的环境使其难以生存,分布也就非常少了。

»高空生命

如果从宇宙开始向地球探测,那么最先发现生命的地方是在离地面2万米的高空。没有一种生命会在这个高度度过其整个一生,但是微生物、孢子和花粉却常被风带到这里。一旦它们被带到这里,就需要好几天甚至好几个星期的时间才能落回地面。

在海拔1000米的地方,开始出现飞行生物。生物圈的这一部分是昆虫和鸟类的家,天空是它们的交通要道。鸟类是飞行生物中的强者,但是昆虫在数量上超过鸟类很多倍——一群蝗虫可能就含有7万吨的虫体,扇动着几十亿张薄膜般的翅膀。

» 陆上生命

探测向陆面方向继续推进,几乎立即就能发现生命的存在。事实上,在生物圈的有些部分活跃着大量生命,根本无需等到探测到地面。在赤道附近,树木在明亮的阳光、大量的雨水和整年的高温条件下长势旺盛,结果便形成了茂密的热带丛林,是地球上最为肥沃的动植物生活地之一。

逐渐远离赤道,生物圈内变得越来越不拥挤,居住环境也渐渐发生变化。根据地球的气候类型,从热带雨林过渡到灌木地,之后过渡为沙漠。在沙漠地区,特别是年降水量少于5厘米的地区,分布的生命数量很少。进一步向南和向北推进,在地球的温带地区,气候比较湿润,在生物圈的这一部分,生长了大量的动物和植物——虽然在物种数量上比在温度更高地区要少。

在极地和高山,强风和严寒使得生命很难存活。干旱也使得生存更为艰难,比如在南极洲的“干谷”中,已经有100多万年没有下过雨或者雪了。这些荒凉的地方是生物圈中生命最为稀少的地方,也是地球上最接近火星表面环境的地方。

这张地表图显示了生物圈的一个片断以及生活在陆地上不同环境下的生物。

1.蚯蚓生活在土壤中,它们可以帮助植物遗体的再循环。土壤是陆地上生物圈的重要组成部分,因为大量的植物需要在土壤中生长。

2.在沙漠中,有些植物只有在下过雨后才会活过来。而有些植物则是通过在它们的根或者茎中储存水分存活下来。

3.在山里,黄嘴乌鸦生活在海拔6000多米的地方。鸟类擅长在海拔较高的地方生存,因为它们有羽毛可以帮助保持温暖。4.花粉来自于花朵。它们又小又轻,有些外形特殊,并能借助空气飘到较远的地方。

5.温带丛林分布在地球上气温不会变得太高或者太低的地区。这些树的大部分都会在秋季落叶,然后在第二年春天长出新的叶子。分布在地球的温暖地带。

6.草原是陆地上大型群居哺乳动物的生活地。最大的草原

7.生活在土壤中的变形虫吃其他微生物以及一些体型较大的生物的残骸。

»地下生命

生物圈并不止于地面,相反,它在地下仍得以继续。肥沃的泥土中有大量帮助生物遗体残骸循环的动物、真菌和微生物。生物也大量存在于洞穴中,一些细菌生存在充满水的很深的地下岩缝中,实验钻在地下2000米的地方发现这些细菌,而有些专家认为生命还可以存在于更深的地下。

生物圈(下)

如果你在世界地图上随意一点,点到海洋的几率几乎是点到陆地的两倍。海洋占据了生物圈的很大部分,而几乎在海洋的各个角落,从海面到10千米深的水域,都能发现生命的存在。

地球有五大洋和很多面积相对较小的海。不像陆上栖息地,各个海和洋之间都是连通的,而且水处于不断地流动中。在靠近水域表面,水可以流得像河水那样快速,而在深海,水体几乎静止。因为各个海洋之间是连通的,水生物可以分布到世界的各个角落。即便如此,海洋中也像陆地上一样,划分出不同的生活环境。

»大陆架和暗礁

地球上所有的海岸线加起来至少有50万千米长。在有些海岸,岩石会突然变得很陡峭,因此即使在离海岸很近的水域也会有几千米的深度。而在有些地方,比如在澳大利亚和新几内亚之间中段的海床只有70米深。这些浅水水域是由大陆架——向海洋伸出的巨大的在水面以下的大陆边缘——构成的。大陆架仅仅占据了海洋面积的很小部分,却是很重要的生物栖息地。海底居住的鱼类以生活在海床上的生物为食,这使得大陆架成为了世界上最为丰产的渔场。热带珊瑚礁中甚至生活着更多的生物。这些都是生物圈中生物最为活跃的部分。

»海洋中的层级

虽然海水处于不停地流动状态,但也还是可以划出界线的,比如可以划出水表光照区和底层永久黑暗区。另一种界线可以划分出温跃层,即随着潜水深度的增加,水温陡然降低的区域。这两种界线距海面都不深,而且还常常是重合的。这样,它们可以一起把海洋分成两层。

这张生物圈图显示了海洋生活环境以及居住在其中的一些生物。地球的火山热量不断地创造和毁坏海洋板块,因此海洋处于不断的变化当中。大约2.5亿年前,地球上只有一个海洋,但是其面积等于现今所有海洋的面积之和。

1.离海岸较远的岛屿常常会有独特的陆生植物和动物,而在其周边海域中也常会有一些特别的野生动植物。

2.海洋表面繁衍着大量的微生藻类,以及以这些藻类为食的动物。两者构成了浮游生物——随着水流漂流的很大一个生物群落。

3.岩石海岸线,尤其是可以阻挡捕食者的有陡峭悬崖的区域,是海鸟和海洋哺乳动物的重要繁殖地。

4.珊瑚礁常在浅海区,深度在200米以内的、干净温暖的水域中。地球上很多种类的鱼都生活在珊瑚礁中。

5.有些海床上生活着大量的海蛇尾,这类动物用它们纤细的手臂获取食物。

6.细菌生活在热液喷口周围以及海底以下很深的含水裂缝中。

上一层只占据地球上咸水量的2%,但所有需要日光才能生存的水生生物都生活在这里。在生物圈的这个重要部分,微生藻类利用阳光进行光合作用,从而得以生长。而在漆黑的深海中,生活着所有不需要光便能生存的生物,在这里,动物生活在一个高压且常年寒冷的环境中。唯一温暖的地方就是热液喷口,从那里源源不断地涌出高温液体。

»深入到海底

处于海洋中部深度的一些区域是生物圈中最为“空荡”的部分。然而,在非常深的水域中,有很多生物生活在海床上。这是因为来自上层水域的很多残骸最后都沉淀下来。这些残骸形成了有黏性的海洋沉积物,水生动物在其中进进出出寻找食物。

海底沉积形成得很慢,但其可以达到500米的厚度。甚至在这些沉积物下,细菌仍然可以在海底岩石几千米深度的裂缝中存活——也正是在这里,生命的分布和生物圈都到了尽头。

生命能量

每天,太阳都照射着我们的地球,带来的能量足以使一辆汽车不停地行驶1万亿年。这些能量引起了天气的变化,使地球变得温暖,然而更为显著的作用是使地球上的生命充满活力。

就像机器一样,生物也需要能量来运转,它们用能量来催动细胞,一旦细胞活跃运作起来,就可以产生生长、移动等所有行为。但是,这种能量只能从外部获得,在用尽后必须要得到补充替换。从生命开始起,不同的生物发展出两种不同的获取能量的方式:有些是直接收集能量,通常是通过阳光;其他生物,包括人类,是通过消化食物这种“二手”的方式获得能量的。

几乎所有的动物都有自己专门的食物对象,每种动物都只不过是另一种的食物罢了。这张图中,一只蜘蛛已经捕获了另一只蜘蛛,后者成了它的口中美食。

»补充能量

许多人喜欢沐浴在温暖的阳光中,但是我们的身体对于光能的利用是没有更多作为的,我们利用光看这个世界、获取维生素D,仅此而已。然而对于许多细菌和几乎所有的植物而言,光能是至关重要的。细菌和植物就像有生命的太阳电池板一样,利用光能获取能量,这一过程叫作光合作用。

到达地球的光能中,植物收集了大约其中的1/100。虽然听起来这个数字不是很庞大,但这是全世界所有发电站发电量的300倍以上。这些能量产生了上亿吨的植物物质,包括根、叶、花和种子。一些能量耗费在植物的生长中,更多的则是转化为植物本身。这种嵌入式的能量再通过动物采食植物而传送给了动物。完成这一步骤之后,能量又在一种动物捕食另一种动物时产生传递。

在以植物残渣为食物的生物中,可以长到28厘米的千足虫无疑是其中的庞然大物了。它们爬行缓慢而且是冷血动物,这两种特点使得千足虫对于能量的需求非常有限。

»进食阶段

为了将食物中的能量释放出来,动物必须将食物“粉碎”。这需要氧气的介入,这和促使物体燃烧,也就是产生火的化学变化是一致的。火能迅速释放大量能量,并足以产生危险的后果——如果动物使用这种方式获取能量,它们的身体就会从内部开始被煮熟。因而,它们通过一系列小心控制的步骤来释放能量,不至于产生大量热量。这种释放能量的方式使用氧气,发生在细胞内部,所以称为细胞呼吸。动物并不是唯一会呼吸的生物——动物消化食物时,所有活着的细胞就发生呼吸作用。植物细胞也会呼吸,它们通过光合作用制造食物,再在能量供应水平较低时分解它们,以获得能量。

动物世界中,对于能量的利用率是不同的。的生命节奏就很快,它们不停地运动,不停地进食,几乎从不休息。蛇和鳄鱼则不同,它们大多数时间都相当懒散,在饱餐一顿之后可以休息几个星期之久。

这种差别的原因在于动物的新陈代谢水平不同。新陈代谢是它们身体中化学反应的总和。的新陈代谢率非常高,它们需要消耗大量能量以保证它们微小的身体处于温暖状态。蛇和鳄鱼是冷血动物,它们的新陈代谢就比较缓慢,只需要较少的能量来维持生命。人类和大多数哺乳动物一样,处于中间水平。动物的代谢率还取决于它的状态:当动物在运动中时,代谢速度就上升;当它们睡眠时,代谢速度就减缓。当动物冬眠时,它们的代谢速度更是大幅减缓——冬眠中的蝙蝠需要的能量是运动中蝙蝠的1/40,所以它们身体中的营养物质储备足以维持很多个星期。

»能量累积的底层

能量不仅在生物间流转,在死去的残骸,比如动物的尸体、腐败中的植物、形形色色的自然废物如动物粪便和落叶中也都存在。许多生命依赖这些能量源,其中就包括将这些作为食物的“清扫”动物、真菌及细菌。这类生物被称为分解者,它们分解并处理掉这些废物。

分解是十分可靠的获取能量的方式,因为一切有生命的东西终究都会死亡。分解也是相当彻底的,因为一旦分解完成,所有可用能量都会得到彻底地释放。当没有能量可以继续流转时,分解也就完成了。

»化学戏法

如果没有阳光使植物得以生长,人类不可能存活很久,其他动物和大多数的真菌及细菌也难逃这一劫。

然而,在一些边缘地点比如暗礁和深海中,细菌依靠收集溶解矿物质,再使其发生化学反应获取能量。与世界上其他生物不同,这些微小的生命根本不需要太阳能。这些细菌被称为无机营养菌,其英文“lithotrophs”字面意思为“食岩者”,其中有些依靠吸收锰或铁,另外一些则以硫为生。无机营养菌对于科学家而言具有重大意义,因为其他星球上也有可能像地球一样存在着无机营养菌。

当阳光穿过森林,树叶就采集了光能。树木枝干向上生长就是为了获得更多的光照。