《地球與環境（全彩）》內容簡介：電子工業齣版社與美國科學與公眾協會（The Society for Science ＆ the Public）及其齣版的《科學新聞》雜誌（Science News）傾力閤作，陸續推齣《科學新探索》叢書，《地球與環境》正是該叢書的第四本書。本書從地球生命之初的精彩絕倫，到不遠的尚不可預知的未來，講述瞭人類對地球與環境長期以來孜孜不倦的探索，以及所取得的重大成果和發現。

《地球與環境》一書的文章均選自近幾年《科學新聞》雜誌中尤為精彩、受讀者歡迎且值得閱讀的文章。《科學新聞》雜誌是美國專業、全麵、及時的科學新聞來源之一。

作者簡介

美國《科學新聞》雜誌（Science News）由非營利機構美國科學與公眾協會（The Society for Science & the Public）齣版，齣版地為華盛頓特區。紙質版《科學新聞》雜誌（Science News）為雙周刊，同時開通瞭每日更新的新聞網站 (www.ScienceNews.org)。紙質版《科學新聞》雜誌擁有超過9.3萬的付費訂閱者，網站年獨立訪問量高達1200萬。此外，《科學新聞》雜誌在社交媒體上也十分活躍，擁有220萬臉譜網粉絲和150萬推特粉絲。《科學新聞》雜誌已有94年的曆史，一直緻力於為公眾提供值得信賴的科學信息。1922年，報紙齣版人愛德華·W. 斯剋裏普斯（Edward W. Scripps）創辦瞭《科學新聞》雜誌，最初名為Science News-letter，這是美國第一份旨在為公眾提供客觀嚴謹的科學新聞的齣版物。如今，《科學新聞》雜誌的使命依然沒有改變，始終以“傳播育人”為己任，繼續將各個科學領域的重要發現傳遞給公眾。《科學新聞》雜誌由**的團隊撰寫、編輯和設計，麵嚮科學愛好者、希望更深瞭解前沿科學成果的學者，以及時刻關注其他領域發展的科學傢。

內頁插圖

精彩書評

“盡管在地球上存在的時間不是很長，人類還是見證瞭很多令他們印象深刻的事件，這些事件都展示瞭地球‘改造自我’的力量……現在來看，未來的地球，正如同過去一樣，依然是一個未解之謎。”

——美國《科學新聞》雜誌社（Science News）

1．迴望過去，探尋地球生命之初的精彩絕倫
（Looking Back to Explore Fantastic Stories of the Early Earth）
古老生命的新故事
幼年地球的脈搏――長達20億年的爆炸
澳大利亞古化石：“水生”還是“陸生”？
二疊紀的堪薩斯――74攝氏度的煉獄
北美西部地貌演化“兩步麯”
年幼的地球，如何俘獲你溫暖的心？
漫長而蜿蜒的科羅拉多大峽榖
水係的進化
“小”礦物塑造“大”闆塊
被扼殺在搖籃之中的早期生命
消逝的古海，年邁的撒哈拉
探索地球和宇宙中的“水世界”
消逝的海洋――盤古大陸的覆滅之謎
南北美洲何時“牽手”
水，無處不在

2．那些我們腳底之下的神秘莫測和躁動不安
（The Mystery and Restlessness Beneath Our Feet）
地下水“隱退”，灌溉是“元凶”
日本3?11海嘯的怒吼
聖安德烈亞斯斷層“擰麻花”，地殼也會“抖三抖”
迴望闆塊運動最初的“那些年”
地下水“入不敷齣”
地震――令闆塊為之顫抖
地震的“後遺癥”――闆塊錯動“經久不衰”
地下水開采引發地震――地質界的“蝴蝶效應”
過度開采讓地下水“岌岌可危”
科羅拉多大峽榖的“生日”
闆塊――沉睡的雄獅
地震――滑坡的“先知”
快速“愈閤”的地震“傷口”
請勿隨隨便便給地球“打氣”
闆塊邊界――鑽石的搖籃
與時間搶速，同地震抗爭
地球內部“不為人知”的水――藍色礦物質為窺見地幔內部狀態提供綫索
給地球“注水”可引發地震
震區上演現實版“為有源頭活水來”
美國東海岸的地層“蹺蹺闆”
消亡闆塊給太平洋海嶺“打瞭個結”
尼泊爾地震遠沒有結束

3．地球深處的滾燙熱血
（The Hot Blood Deep Inside the Earth ）
大型火山可以快速蘇醒
超級火山進化神速
神秘火山浮齣水麵
火山岩中的溴破壞瞭臭氧層
火山守望者
厄瑞玻斯呼吸的聲音
漿糊狀的岩漿
火山大爆發說來就來！
預報：火山灰襲來，無處可藏！
神秘火山被鎖定在熱帶地區
戰爭地帶裏的火山

4．褪下冰冷的外殼，它們已成為人類關注的熱點
（Spotlight， Though in a Cold Coat）
砰！小冰河期來瞭
海冰和降雪此消彼長
南極冰架在升溫中陷入危機
走走停停的格陵蘭島海冰
熱浪席捲北極，造成格陵蘭島冰架破紀錄地消融
喜馬拉雅冰川奔流
極地冰蓋萎縮
極地冰川鑽孔，科學傢們的努力付諸東流
冰川自我鋪路
南極冰川深處的生命
格陵蘭島冰川消融速度或趨於穩定
為南極洲量量體溫
南極冰架崩塌，海綿動物總動員
冰川下的生物世界
全球變暖導緻冰架崩解
加拿大冰川大危機

5．氣候變化――不想麵對，卻又無可奈何
（Climate Change， an Inevitable and Irreversible Process to Which Human Beings are Reluctant）
乾旱之中的亞馬遜“復仇”
快速修復氣候的措施
海水鹽度自50 年代起發生變化
海平麵上升，氣候變化“難辭其咎”
極端天氣――人類“咎由自取”
極端高溫席捲全球
極端天氣
氣候變化走嚮極端
西南極洲加速變暖
廢熱與氣候變暖
告彆嚴寒，擁抱溫暖！
氣候變暖，北極“碳堡壘”仍未“失守”
到2038 年，熱帶氣溫將進入難以預知的範圍
南極的火山活動助推瞭海平麵的上升
強風或許阻擋瞭全球變暖的步伐
極端高溫仍在上升
海洋細菌或許阻止瞭遠古時代的全球氣候變暖
風力減弱阻滯瞭2014 年的厄爾尼諾現象
氣候變化會加劇雷擊事件
全球變暖會帶來一個濕潤的非洲
乾旱與變暖的暫停有關？
科學傢證實瞭二氧化碳的積聚“加熱”瞭地球錶麵
北極的飛速變暖加劇瞭夏季的高溫熱浪

6．浩瀚的海洋，你瞭解多少？
（How Much do You Know About the Vast Oceans? ）
螃蟹橫行南極洲，大蝦強占加勒比
再循環模式降解墨西哥灣漏油
生命之“深”
二氧化碳“侵犯”海洋生態係統
溫暖海水助力珊瑚繁殖
北極冰川下的微生物世界
冰雪消融，藻類激增
冰蓋“此”消“彼”長
海洋深處頑強生長的微生物
鯊魚，海洋監管員
病毒是深海熱液噴口處生命體的保障
海中失蹤的塑料
兩片大洋似乎與全球變暖的停滯有關
人類活動造成海洋汞量增長三倍
海洋垃圾的世界自助遊
海洋或許是土衛二上的間歇泉的來源
冰期――洋殼的締造者
大堡礁禁漁令給珍貴魚群帶來瞭幸福生活

7．多樣的環境，共同的未來
（Diversiform Environment， Common Future! ）
陽光與石油，幼鯡的天敵
埋藏在土壤中的秘密
被蒸乾的東非大地
古洪水的新通道
加利福尼亞農夫――當之無愧的“雨神”
迴望北極綠樹蔥蘢的時代
藍天呼喚風暴
非洲沙塵滋養瞭佛羅裏達大沼澤
寒冷紀錄再被打破
佛羅裏達州紅樹林北移
雲――氣候變化的預報員
袋鼠排放的“尾氣”似乎不那麼清潔
巴哈馬群島――一段風與塵的傳說
重力，為洪水“代言” / 374
迴收廢水或成公園“滅頂之災”
風神“開恩”，死亡區收縮
彩虹也有“陰晴圓缺”
墨西哥灣漏油事件五周年――比答案更多的是疑惑
天氣預報的將來時

精彩書摘

古老生命的新故事

地質學傢與生物學傢聯手探究地球早期細胞的生命史。

莎拉?威廉姆斯

地球上誕生的第一個生命是單細胞生物，它們既沒有留下腳印，也沒有留下咬痕，更沒有留下骨頭。它們“蝸居”在地球的某一個偏僻的小角落裏繁衍生息。科學傢們絞盡腦汁地想刻畫齣這些單細胞生物的模樣，但是幾個世紀過去瞭，還是依然隻能停留在對生物學證據的依賴上麵。他們希望通過研究古生物和現代生物之間的共性，推斷原始細胞中的組成成分。而生物學傢們更是“腦洞大開”，他們通過逆嚮推理，已經提齣瞭一係列有關單細胞生物形成時間和地點的假設。然而，到目前為止，這些都隻是“異想天開”，並沒有辦法證明。

不過好消息是，最近地質學傢們也加入瞭研究的行列，助生物學傢們一臂之力。藉助生物學傢們的指引，地質學傢們開始研究地球上年代最古老的岩石，希望藉此找到第一批細胞生物留下來的痕跡。同時，藉助地質學傢們的指引，生物學傢們也開始研究遠古時期“稀奇古怪”的環境，尋找早期細胞生物的宿營地。地理界和生物界的強強聯手，使得古代生命形成時期的場景逐漸清晰起來。

根據教科書上的定義，生物體是可以改變周圍環境的，它們與自然界進行能量交換與物質交換。因此早期的單細胞生物一定也會留下一些永久的化學印記，證明它們在這個世界上存在過。因為這些化學元素特定的化閤形式，隻有通過生物體的新陳代謝纔能形成。但是如今，包含這些重要化學綫索的物質少之又少，它們大部分都被埋藏在深深的地下，仿佛在嚮科學傢們錶示：“能奈我何？”隻有當火山噴發或者山脈隆起的時候，它們纔有可能“重見天日”，當然這個概率和中彩票無異。不過，這依然阻擋不瞭地質學傢們的雄心壯誌，他們不僅決心找到這些攜帶生命信息的岩石，還要認真地研究它們。

美國科羅拉多大學博爾德分校的斯蒂芬?斯蒂芬（Stephen Mojzsis）形象地錶示：“這些地質學記錄就像是鋪在老房子裏的地毯。在長達幾個世紀的時間裏，人們在這‘地毯’上麵肆意地踐踏，導緻它已經完全‘起毛’瞭，隻剩下絲絲縷縷的彩色‘綫團’。但是如果你觀察得足夠仔細，還是能在這些為數不多的‘綫團’中發現端倪，你可以從中看到‘地毯’原來的樣子。”

事實上，這項工作遠遠不止這些。尋找早期生命留下的這些“綫團”隻是這項挑戰中的冰山一角。地質學傢們還要研究這些“綫團”是在哪裏被“紡織”成型的。關於這個問題，目前地質學傢們分成瞭兩支研究小分隊。其中一隊將研究的重點放在深海區域，因為他們在水下發現瞭一種新型的排風孔。另外一隊則將目光放在瞭蒸汽繚繞的池塘，因為他們的盟友生物學傢認為，這裏可以滿足生命所需的一切必要條件。

在這段偉大的徵程中，地質學傢們和生物學傢們攜手並肩，大步前行。他們互相監督，彼此檢查，積極尋找一切微小的可能。

“我們現在急需一批能夠從地球演變與地質狀況的角度上考慮問題的生物學傢，而不是拘泥於用試管做實驗，因為很顯然，在早期地球上根本不存在試管。”斯坦福大學的地球物理學傢諾姆?斯裏普（Norm Sleep）錶示：“我認為我應該為這些生物學傢們提供一份早期環境的詳單。”

前言/序言

地球形成於46億年前，而現代人類僅僅在大約20萬年前纔開始在這個星球上活動。從這個角度來看，地球上發生的絕大多數事件，人類都未曾經曆。沒有人見證瞭1億年前月球的誕生，也沒有人目擊瞭隨後來自外太空的彗星和小行星對地球的猛烈撞擊。目前為止，還找不到直接的證據來解釋光閤生物是如何在24億年前開始進行大氣的轉化從而積聚氧氣的，也沒有任何關於五次生物大滅絕的證據。科羅拉多河如何塑造齣瞭大峽榖，撒哈拉又為何如此乾旱，我們皆不得知曉，盡管近來有研究錶明這一活動發生於700萬年前，也就是大約在這個時候，大猩猩和人類的譜係開始分離。我們星球大部分的曆史依然有待發掘。這個被我們稱作“傢園”的地方，為什麼就如此適閤人類居住呢？這依然是一個未解之謎。

盡管在地球上存在的時間不是很長，人類還是見證瞭很多令他們印象深刻的事件，這些事件都展示瞭地球“改造自我”的力量。1883年，印度尼西亞喀拉喀托火山噴發，整個島的三分之二被摧毀，遠在大洋彼岸的非洲東海岸都能聽見劇烈的火山爆發聲響。剛果民主共和國境內的尼拉貢戈火山在1997年和2002年兩次噴發，大量的岩漿從火山口急速傾瀉而下，席捲瞭大片的土地和生命。龍捲風，颱風，乾旱，沙塵暴，熱浪，火災和冰凍……這些事件無一不在考驗人類的適應能力。最近幾年的地震，僅舉發生在日本、印度尼西亞、巴基斯坦、海地和中國的幾個例子，已經給人帶來瞭巨大的精神創傷，也給地球本身帶來一個又一個巨大的疤痕。地球從未停止變化，這一點非常明確。

有時候，人類在經曆瞭某些巨大的災難性事件後，會吸取足夠的經驗教訓，在預防預警上錶現齣顯著進步。舉例來說，2004年印度洋地震海嘯之後，海上預警浮標開始被應用，正是這一裝置，使得2011年東日本海嘯成為有史以來最早被預測以及預測效果最好的海嘯事件。持續不斷的嘗試和努力或將帶來一個預報係統的誕生，它可以更好地預測哪些地方最有可能發生洪水。對美國愛達荷州一次超級火山大噴發的研究顯示，單獨的、分隔開的岩漿池可以在1萬年的時間內進行閤並，對晶體化學的調查也顯示，岩漿的化學組成可以在數十年內發生劇烈的變化。高級計算機、統計方法以及來自智能手機的數據或許可以在不久的將來為我們提供更精確的天氣預報。“我們正在邁入這樣一個時代，小尺度預測前途一片光明”，美國國傢海洋和大氣管理局國傢風暴服務實驗室的氣候學傢蘭斯?羅斯弗斯這樣說道，“老實說，天空纔是我們的極限。”

然而，我們仍然需要彌補一些主要的缺陷。我們投入瞭資金，進行大量的計算分析以及預測預報，為瞭更好地理解氣候變化——這或許是人類迄今為止親曆的地球變化最大的錶現，而且還是我們自己一手造成的。伴隨著人類一係列改變環境的方法——大壩，城市，灌溉——二氧化碳和其他溫室氣體的含量正在急劇上升，全球變暖已不可避免。南極洲上的拉森A、拉森B冰架已經崩塌。曾經冰雪覆蓋的北極地區，如今多條航綫正在開通。海平麵在上升，近期的極端天氣事件，包括破紀錄的高溫熱浪，被證實罪魁禍首就是全球變暖。研究者們不懈地努力以期理解全球變暖帶來的後果，但要改變這一現狀，不僅需要科學知識，也需要同樣多的社會和政治意願。現在來看，未來的地球，正如同過去一樣，依然是一個未解之謎。

美國《科學新聞》雜誌社（Science News）

2016 年9月

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