这是我们的地球
这是个瞬息万变 充满自然奇观的世界
但地球的奇妙之处远不只如此
本系列节目要探索 四股形塑这个世界
让它成为孕育生命的强大力量
本集节目介绍…
火山
这可能是地球上 最强大的一股力量
火山隶属于一个 不断形塑世界的全球性系统
它们掌握了 地球生命起源的关键
让地球变得适合居住
BBC探索地球惊奇
火山
这是东非的衣索比亚
阿法地区的高原是世界上 最热、最偏远的地方之一
据说这座火山 持续喷发熔岩的时间
比任何火山都久
当地人称之为“尔塔阿雷” 指的就是“冒烟的山”
科学家为了研究尔塔阿雷 不远千里而来
克莱夫欧本海默等地质学家
来到这里目睹 别处看不到的情景
衣索比亚的尔塔阿雷火山
可能是全世界 最惊人的火山之一
这是一座熔岩湖
全球熔岩湖的数目屈指可数
湖中充满了不断自地心冒出 终年不凝结的炙热熔岩
这是一扇让科学家窥见 地球最强大力量的门户
这座火山的特点之一 就是拥有一座活跃的熔岩湖
将熔岩带到地表
把其内含的热及气体 释放入大气层
尔塔阿雷可说是 非常深的垂直岩浆系统的顶端
它把岩浆往上送到地表
科学家研究熔岩湖 以进一步了解
深藏在地球内部的巨大热源
每当夜幕低垂后 尔塔阿雷就开始透露它的秘密
快速播放熔岩湖活动的画面
一种耐人寻味的现象 渐渐浮上台面
熔岩的活动 遵循着某种特殊的模式
熔岩涌上火山口的一侧
冷却时形成一层深色的硬壳
这层硬壳 在下方翻腾熔岩的推动下
漂过熔岩湖的表面
最后终于沉下去
此处的高温熔岩提醒了我们 地球内部的巨大热源
这个热源提供了 让地球内部翻腾的能量
这个熔岩在地底搅动的过程 对地球影响深远
地心的热度 不只是提供火山燃料
它持续地形塑打造地表
形成高耸山峰和推移陆块
并创造了地球生命初始的环境
简而言之 这是世界上最强大的力量
想知道地心的高热从何而来
就得回到45亿年前
这是地球诞生的时刻
各位也许认不出来 但这就是地球
只不过是几块绕着太阳运行 彼此碰撞的石头罢了
石块撞击的力道非常猛烈 所以产生了高热
它们也带来了 大量的放射性物质
地球外层终于冷却的时候
这两种强大的热源 就被困在巨大、炙热的核心里
地心的温度高达 摄氏四千五百度
和太阳表面不相上下
这就是地球庞大热源的来源
也是火山从古至今的能量来源
火热的地心从形成以来 便不断释放惊人热度
事隔45亿年后的今天 地心仍然炙热如昔
火山最能明显反应 地球内部热能的运作
但这一股热能也持续地重塑 整个地球的表面
创造了在太阳系中独一无二 瞬息万变的地貌
冰岛最能看出地球内部的高热
是如何不断重新形造地球面貌
熔岩多半位于 好几百公里深的地底
但这里的熔岩离地表很近
这产生了极具戏剧性的结果
硫化蒸气和沸腾温泉暗示了 潜藏在地表下方的强大力量
岛上到处都有天然温泉
所以泡水、游泳 成为冰岛的全民运动
但若人们知道水是怎么变热的 恐怕就轻松不起来了
因为他们的下方 有一大团火热沸腾的熔岩
冰岛下方20公里处
有一大块超高热的岩石 叫做地幔柱
近来有人勾勒出地幔柱的轮廓
地幔柱宽一百公里 至少有六百公里深
在五千多万年前形成的地幔柱 由持续至地心升起的热度支撑
但此高热地幔柱的功用
不只是给了冰岛 热气腾腾的温泉
冰岛的诞生也是拜它所赐
1963年，冰岛诞生的过程 在我们眼前重现
位于海面下的一座火山 猛烈喷发
苏尔特斯岛于焉诞生
五千万年前，冒出海面的冰岛 八成就是这个模样
冰岛的诞生要归功于 它下方的火热地幔柱
但地球内部的热度
以更强而有力的方式 塑造了这座小岛
这座位于辛格韦勒的壮观岩壁 让我们明白了事件的始末
由空中鸟瞰就会发现 这座岩壁有多么不寻常
这是一道一望无际的地表裂缝
但我们看到的只是冰山一角
它左边是地层巨大的层板 此层板绵延七千公里
从这里越过大西洋 横越美国，一直到加州
这就是北美板块
地球表面碎裂成七个巨大板块
板块极其巨大
不仅包含整个大陆 甚至延伸至海底
如果抽干大西洋
就能看到两个板块间 沿着海底前进的界线
直到它破海而出
贯穿冰岛
最后与辛格韦勒的岩壁会合
这些峭立的岩壁原本是一体的
但在下方翻腾熔岩的推动下 土地一分为二
这是因为被地心加热的 滚烫岩石会上升
熔岩靠近地表后 便会朝两侧扩散
热度开始降低
最后冷却的熔岩再度下沉
此一扩散过程 缓缓地拉开了地壳
最后导致大陆移动
尔塔阿雷火山的熔岩湖
正是此一过程 具体而微的绝佳范例
如同熔岩的对流运动 将硬壳拖过熔岩湖的表面
大陆也被拖曳过地球表面
若想体会大陆的移动 就要跳脱人类的时间范畴
这里的大陆 每年以2公分的速度分离
在人类的一生中
大陆移动的距离 大概只有几步之遥
只有以百万年为思考单位 才能体会移动的规模
二亿二千五百万年前 地球的面貌与现今大不相同
所有的大陆结合形成一个 叫做盘古大陆的泛大陆
随着板块的移动 泛大陆开始四分五裂
各个大陆四散漂移的同时 新的海洋生成
我们今日所知的世界 就是这样形成的
但在我们下方翻腾的高热表示 陆块无时无刻不在挪移
所以多年以后
我们的大陆会再度结合 形成一个巨大的泛大陆
我们看到了 板块分离造成的后果
但板块碰撞造成的后果更惊人
地球板块碰撞 造成了高耸的山峰
好比说新西兰的 南阿尔卑斯山脉
这些令人屏息的山岳 沿着西海岸绵延五百公里
形成岛屿的背脊
几千万年之前 新西兰是一群散落的群岛
太平洋板块和澳洲板块 互相碰撞，让群岛聚集
逐渐形成 我们现今熟知的新西兰
碰撞带的陆地隆起变形 形成一连串山脉
新西兰的山脉 约有五百万年的历史
乍听之下似乎很古老 但在地质学上有如白驹过隙
但就算在这么短的时间内
它们仍然变得高耸入云 其中许多超过三千米高
世界各地的高山 都是因为地球内部的热度
迫使陆块撞击 导致地表打皱隆起而形成
欧洲的阿尔卑斯山
南美的安第斯山脉
和中亚的喜玛拉雅山
它们都是因近期板块碰撞 而产生的年轻山脉
可以清楚看见 他们成才的痕迹
地震的破坏力十分骇人
有时整个城市被夷为平地 死伤惨重
这是因为地球板块 彼此推挤时卡住了
压力逐渐累积，直到突然释放
2005年10月
巴基斯坦北部的喜玛拉雅山区 发生强烈地震
穆札法拉巴德周遭被夷为平地
但在地震前后 用卫星测量周围陆地高度后
发现还有别的变化
红黄两色显示震央以东的山区
在地震期间高度增加了五米
这个过程重复数千次后
使得喜玛拉雅 成为世上第一高峰
地球内部的高热不断地 把山脉往上推也是有好处的
因为高耸的山脉 持续不断地遭受攻击
只要时间够长，有一种东西 能够把高山化为平地
说来也许让人难以置信 但这种东西就是水
水的力量大得令人诧异
前进
稳住
对抗急流后 才能体会河水的力量
这座峡谷深达数百米
但却被河流无情地侵蚀、贯穿 而且深度与日俱增
河流不仅会侵蚀岩石
也会以淤泥的形态 把岩石从山区挟带入海
南美洲的安第斯山脉
每年有30亿吨的沙石 被亚马逊河冲刷入大西洋
而在印度次大陆 发源于喜玛拉雅的恒河
每年会把10亿吨的岩石
冲刷到下游 三千公里处的印度洋
如果不加抗衡
水终将会将世上所有的 山脉和陆地侵蚀殆尽
地球内部的热度推移大陆 导致地表上升
创造了我们赖以为家的大地
但在我们脚下搅动的熔岩
以另一种方式 对地球产生了深远的影响
这可能是最重要的一种方式
故事要从40亿年前讲起
这是新西兰北岛的罗托鲁阿
这是全世界 火山运动最活跃的地方
来到罗托鲁阿仿佛进入时光隧道
因为早期的地球就是这个样子
火山活动不断
由地心冒出的化学物质 让地面变得五彩斑斓
有毒气体不断自 翻腾的温泉冒出
看来有如炼狱一般
但火山活动协助打造的环境
促成地球史上最重要的变化
年轻地球的表面因火山而有了 温暖、水和各种化学物质
就是这样的组合 导致了一个重大事件的发生
约40亿年前 地球上出现了生物
这些水池的化学组成 和早期的地球很像
科学家布鲁斯茂登 专门研究这些湖泊
及它们和生命起源间的关系
我们没有办法回到过去
所以只能研究 类似远古环境的地方
这些温泉 和早期地球的温泉很像
这里的水温是摄氏75度
手放进去一定会烫伤
水里除了大量的有毒氢化硫外 还有砷
这听来像个致命的组合
但是湖中却隐含着生机
水里有无数的有机体
有机体形成这些橘色的纤维
分析这些有机物的遗传组成后 我们得知它们相当的原始
所以应该和 地球上最原始的有机物很像
对存在于橘色纤维的 微生物来说
水里的有毒化学物质 是丰富的营养来源
早期地球上这种因火山活动 而形成的水池
提供了生物所需的 一切化学物质
我们脚底下有一团很热的岩浆
岩浆本身会释放 二氧化碳和二氧化硫等气体
提供了细菌生长所需的食物
它们是推动整个过程的 热力引擎
像这样的火山池很可能是 最先出现生物的地方之一
但也有人主张生命来自 其它因火山而形成的地方
如深海热泉
30年前 还不为人知的深海热泉
位于海底深处
现今的深海热泉 拥有丰富多元的生物
但是40亿年前
深海热泉的高温 和丰富的化学物质
也许促成了生命的诞生
但火山的贡献不只是 促成生命的诞生
它们在生命的滋养 和保护生命上
也扮演了关键角色
地球形成初期 太阳不像今天这么明亮
事实上它的温度 比今天低了30%
地球因此面临了冻结的危险
火山给了年轻脆弱的地球温暖
这是因为 它们释放出一种特殊气体
那就是二氧化碳
二氧化碳在我们心目中 是种危险气体
因造成气候变迁 而导致天下大乱
其实二氧化碳对地球来说 一直非常重要
因为它捕捉了 原本会逸失至太空的热
想要知道 二氧化碳对地球的重要性
只要看看我们的邻居就行了
火星一片冰冻的荒原
平均温度为零下60度
那是因为 其大气层中的二氧化碳不够
金星的表面温度 则热到可以熔铅
这不只是因为 金星比较靠近太阳
也因为金星的 大气层中的二氧化碳含量
是地球的四百倍
早期地球的火山活动 比今日旺盛许多
那是因为地心比现在热得多
因此而制造了大量二氧化碳 弥补了太阳的热度不足
因为有火山 早期的地球才逃过结冻的命运
早期生物也得以幸存
但火山对地球生物的贡献 不仅如此
约六亿年前，火山也触发了 地球史上幅度最大的演化跃进
当时地球正需要 这样的演化大跃进
因为生物出现后没多久 就陷入僵局
西澳的鲨鱼湾 有着世上最古老的生物之一
这些怪异的圆形构造 是由细菌层层堆栈而成
它们叫做迭层石
长久以来，迭层石都是 地球上最先进的生物
迭层石在地球上 称霸了20亿年
而且情况似乎不见任何转机
但生物即将面临一场浩劫
这场浩劫很可能会终结 迭层石称霸地球的漫长岁月
开启生命的新纪元
也就是复杂生物的纪元
科学家一直到最近才知道
约七亿年前 地球历经了一场大浩劫
及这场浩劫 和生物演化间的关系
保罗霍夫曼在非洲纳密比亚 原本在海底的岩石里
找到了这场灾难的证据
这里有好几层 稀薄细致的沉积物
只有流速相当缓慢的海底洋流 才会有这样的沉积物
这没什么不寻常的
但这里又出现了一些大石头
比方说这几颗
还有这个大家伙
这些沉积物很普通
但这个很不寻常
它不可能是被 缓慢的水流挟带至此
它一定是被别的力量 带到这里来
然后落入沉积物中
这种巨砾叫做落石
它们抵达赤道附近海洋的过程 十分惊人
这些巨砾是被冰带过来的
它们来自位于冰河底部的陆地
冰河离开陆地流进海洋
这些原本被嵌在冰山里的石头 在冰山融化时落入沉积物
所以我们眼前所看到的 这些石头被称为落石
赤道出现冰层只有一个原因
我们在这里找到落石表示
曾经有冰河流入 世上最热的海洋之一
所以说当时全世界 应该都被冰层覆盖
我们称之为雪球地球
霍夫曼的落石显示了
地球曾历经过 一段严酷的冰河时期
虽然没人能够确定原因 但是将近t亿年前左右
整个世界陷入漫长的苦寒严冬
去木星看看就能大致了解 当时地球的面貌
完全被冰层覆盖的欧罗巴 是木星的卫星之一
雪球期的地球就是这个样子
当时地球的环境非常恶劣
海洋会被 厚达数百米的冰层覆盖
冰层的平均厚度可能有一公里
赤道的冰层较薄，两极的较厚
厚厚的冰层 不断地朝着赤道流动
就连最温暖地方的温度
也不会超过 摄氏零下25度左右
所以全世界的温度 都在冰点以下
这样的严寒对地球上的生物 造成严重威胁
雪球期最吓人的一点在于
地球可能永远 无法逃离寒冰的魔掌
地球几乎被冰层覆盖之后
太阳的热度 也泰半被反射回太空
看来地球就要这样 天长地久地冰封下去
海水吸热性很高 但冰层的反射性却很强
所以两极冰帽扩张 被反射的阳光也越来越多
形成正反馈 使得冷却作用加倍
冰层越来越大 反馈作用就越来越强
因为冰层的面积越来越大 最后甚至可以自给自足
所以迅速地扩张至赤道
两极冰帽会合后 就形成雪球地球
但发生了一件事 让地球逃离了寒冷桎梏
解救地球的正是火山
虽然冰层覆盖了整个地球
火山仍持续喷发
那肯定是个惊天动地的时刻
2004年 冰岛中部的火山喷发
冲破了冰层
雪球期间 应该也发生了类似的状况
只不过规模遍及全球
火山散发的热度融化冰层
但解救地球的并不是这个现象
而是火山释放出的 大量二氧化碳
大气层中的二氧化碳含量 稳定上升
因为冰层阻断了 移除大气层中二氧化碳的过程
约六亿三千万年前
厚厚的二氧化碳层 留住了足够的热度
融化了地球上的冰层
地球终于进入解冻期
地球从冰屋转化为温室的时候
受到猛烈暴风雨无情地吹袭
短短几百年间
温度从摄氏零下50度 激增至50度
此时地球历经了 历史上最极端的气候变迁
还好地球慢慢地恢复正常
少数生物惊险地 熬过了严酷的雪球期
火山让地球不致于成为 一片死气沉沉的冰原
同时也推动了 地球生物有史以来
最惊人的大跃进
在澳洲南部的证据说明了
生物在雪球期结束后的 演化过程
古生物学家吉姆盖林
带我们到距离阿得雷德 五小时车程的地方
看世界上 最少见、最古老的化石
我们等会要去的地方在夫林德岭 但确切地点要保密
这个地方非常重要 所以保密功夫要很周全
待会儿会让你大开眼界
在那里你可以看到 最古老的多细胞生物化石
我们要去的地方曾经是海底
六亿年前 生物只存在于海洋之中
十亿年来 地球上只有单细胞微生物
这些微生物唯一的本领 就是形成我们口中的迭层石
迭层石曾经是 地球上最强势的生物
要不是因为雪球期近尾声时 因火山而引发的剧烈气候变迁
它们可能仍然在地球上称霸
在雪球期结束后不久 生物发生了演化
首先是单细胞生物的尺寸 和复杂程度突然增加
然后又出现了 一种非常奇特的生物
我们认为 这是最古老的多细胞生物
埃迪卡拉化石群
这些化石也许代表了 地球生物史上最重要的大跃进
但这不表示它们很好找
这是狄更逊水母的化石
这种像踏脚垫般的生物 被保存在很厚的沙层之下
这里可以看到它们的结构
把黏土用力压上去 就能看到这种生物的外观
我们可以看到沉积物的边缘 和体节的尖端
狄更逊水母最长可超过一米
学者专家认为它们以海底为家 藉由皮肤吸收养分
这是一扇通往 保存早期生物的窗户
我们看到的证据显示了 埃迪卡拉期前的雪球期
以及其后发生的变化 似乎导致了
这些世上第一批 大型生物的出现
我们今日所熟知的生物 就是从它们演化而来的
狄更逊水母是演化上的一大跃进
迭层石在世上称霸了20亿年
但现在出现了形状、大小 各异的复杂多细胞生物
来自海洋的动植物征服了陆地
和天空
火山终结了可怕的雪球期
并因此推动了演化上的大跃进
但是在地球生物的故事中 火山还扮演了另一个角色
这个角色对人类等 复杂生物的生存至关重要
火山和生物建立了 奇妙的合作关系
共同调节地球温度
这也许让人难以置信
但火山和生物藉由 大气层中的二氧化碳含量
共同调节地球温度
这个过程开始的地方 也让人匪夷所思
那就是拥有 微小浮游生物的海洋
浮游生物虽然很小
但是大量集结之后 远从太空都看得到
浮游生物每年都会数目激增 把海洋染成绿色
海洋吸收大气层中的二氧化碳
浮游生物利用空中的碳 来制造它们的壳
死亡的浮游生物沉到海底
经过千万年后 它们的壳逐渐变成岩石
就这样 大量有保温作用的二氧化碳
从大气层中被移除
如果故事到这里结束
二氧化碳应该总有一天会用完
地球也会渐渐地冷却
还好有一种特殊的火山 不容许这种情况发生
隐没型火山
地壳板块碰撞时
含有来自浮游生物的碳的 海底岩石
被带进深深的地底
这种作用叫做隐没
岩层下沉时被加热融化
释放出二氧化碳
火山喷发时 气体被重新释放入大气层
就这样完成了一个惊人的循环
让人觉得不可思议的是 生物和火山的合作关系
让大气层中的二氧化碳含量 恰到好处
让地球保持舒适宜人的温度
但是这个延续地球生命的过程 代价高昂
隐没型火山是地球上 最狂暴的火山
史上最著名的一次火山喷发 展现了它们骇人的威力
1980年5月18日 美国的圣海伦火山猛烈喷发
短短几分钟内
火山喷发出 将近30亿立方公尺的物质
此后圣海伦火山进入蛰伏状态
但在火山口内 一块巨大的岩石正在生成
被强大压力从下方推挤
圣海伦火山 在为下一次的喷发做准备
讽刺的是，隐没型火山 因气体含量高而极具破坏力
但它们释放的气体 对地球来说非常重要
因为这是将锁在岩石中的碳 重新释人大气层的关键
这个复杂的系统 像精密的调温器
为生物维持着最适合的温度
自从地球 在45亿年前诞生之后
内部的高热一直在蠢蠢欲动 试图逃脱
其实推动地球历史的
正是那股 被困在地球内部的高热
火山的威力毁天灭地 骇人又狂暴
但火山不只是搞破坏
它也是地球生命力的来源