者:王云鹤 毕海波(中国科学院海洋研究所)
本文来自科普博览大家族科学大院(ID:kexuedayuan)
很多小伙伴都看过《后天》这部电影。影片中,洋流导致了气候剧变,短时间内地球天寒地冻,像是进入冰河时代。但是,如果说《后天》里的可怕灾难与天上的云有关,很多小伙伴会不会惊讶地来个What?它们之间究竟有什么联系?
影片《后天》(图片来源:http://www.sohu.com/a/215752546_119097)
云是神奇的:它有时是彩色的,有时是乌黑的;有时像可爱的棉花糖,软软的,有时像洁白的羽毛,飘浮着;有时它能组成彩霞万里的绝美风景,有时也能带来倾盆大雨甚至冰雹。
(图片来源:Veer图库)
(图片来源:Veer图库)
云是调皮的:有时它会改变太阳光传输的方向,通过反射,折射和散射打散太阳光束的传播,又或是直接将太阳光挡在地球之外,使地球变得凉爽;有时它也会面带慈爱的笑容,呵护地球,阻止地球的热量流失,温暖大地。
△云本身具有辐射性,向地球表面辐射热量(图片来源:http://tupian.baike.com/ipad/a3_21_29_20300001066597134266298353771_jpg.html)
从科学角度讲,云是大气中的水蒸气遇冷液化成的小水滴或凝华成的小冰晶混合组成的漂浮在空中的可见聚合物。按照云的高度我们把它可以分为高云、中云、低云。通常情况,高云是指7000米以上的云,2000米-7000米间的云为中云,2000米以下称为低云。在形态上,高云中多为卷云,中云中多为积云,低云多为层云。云的厚薄不一,厚的可达七八千米,薄的只有几十米。
(图片来源:Veer图库)
在微观上,云是颗粒状的,是地球的保护层,可阻挡太阳的电磁辐射,降低地球表面温度,使地球在夏季不会太热;也可反射来自地球的热辐射,增加地球温度,使地球在冬天不至于太冷。
可能有些小伙伴脑子里弹出一句“没感觉云有多重要啊”,让我们来看一个案例。
在2011年冬季,南极云量比往年少很多,出现极大的负异常(作者注:负异常是指异常偏少)。打个比方,就像往年南极冬季的天空都是穿着羽绒服,捂得严严实实,而2011年穿的是薄外套。这让南大洋海水中大量热量散失,各海域比以往结了更多的冰。海冰出现强正异常(作者注:正异常是指异常偏多),南极总冰面积和厚度达到了一个历史高点。
这种现象,使南极的海冰更有能力去经受接下来春季和夏季的漂流与融化。所以到了2012年夏季,仍有很多冰存留下来,造成了当年夏季海冰的正异常。
海冰是海水与大气热量和物质交换的阻隔层。海冰的异常会导致海洋环境和大气环境的异常,这些异常过程易诱发极端天气或气候异常事件。
据美国国家海洋和大气管理局NOAA发布的《2012年气候状况》报告:2012年全球陆地表面平均温度和海洋表面平均温度均跻身于有记录以来的“十大最热年份榜”;而2012年雨季少雨,导致巴西东北部遭遇了过去的三十年以来最严重的旱灾;少雨和多次破纪录的高温天气使北美中部也经历了最严重的干旱记录之一;加勒比在2012年经历了一个非常潮湿的旱季,这是50年以来萨赫勒地区降雨量最多的一年。对于这些气候异常事件,谁也不敢说与云没任何关系。
2011年冬季南极云异常,蓝色为少云,橙色为多云(图片来源:Yunhe Wang, 2019, JGR-Atmospheres)
南极海冰异常分布图(图片来源:Yunhe Wang, 2019, JGR-Atmospheres)
《后天》电影里的极端气候变化就是一种气候异常现象——气候变暖引起的。云增多会使北极加速增暖,引起北极海冰大量融化,生成大量浮冰,通过弗拉姆海峡流入北大西洋,使北大西洋表层积聚大量淡水,抑制海水下沉,减弱了北大西洋深层水的形成,减慢了大洋传送带,减少了海洋表层暖水自南向北的输送。因此形成了多个大规模风暴云团由北极地区向南移动,造成了电影里冰天雪地、极度严寒的场景。
△大洋传送带(图片来源:http://mooc.chaoxing.com/nodedetailcontroller/visitnodedetail?knowledgeId=1255471)
云在冬季如果有极强的正异常,极有可能引发“暖冬”,使南极结冰量减少,冰层在夏季更易融化,无冰海域越来越多。
如果极地冰川全部融化会怎样?经科研人员计算,全球海平面会上升60米。网上一篇文章给出了全球上升50米后中国版图的样子,我们可以参考一下,到时候北上广深四大一线城市可能都在水面下了……
图中红色线就是当时的中国的海岸线了…(图片来源:http://news.ifeng.com/a/20171207/53948648_0.shtml)
不过,我们是看不到那一天的。因为还没有等到极地冰川全部融化,人类早已被极端气候摧残得面目全非了,而不仅仅是海平面上升,淹没一些陆地或岛屿这么简单。
读到这里,小伙伴脸上疑惑的表情是不是渐渐消失,改成严肃的表情了?原来,对于我们的生活来说,云太多太少都不行,需要达到一个平衡量。关注云,就是关注气候变化啊。
实际上,气候是一个极其复杂的系统,系统里包含许多气候因素,云只是其中一个,不同的因素之间是相互影响,错综复杂的。到底什么因素影响了气候系统,科学家们还有很多工作要做。
不过,我们普通人能做什么呢?随着工业化程度越来越高,大气中的烟尘和温室气体不断增加,烟尘可作为云的凝结核,而温室气体也会影响云的形成。我们经常听到的环保提倡(例如使用可循环的物品、绿色出行)等,其实也是为了“云的平衡”,那么今天你行动了么?
浪地球中的设定
看过科幻电影《流浪地球》的朋友,应该都会对剧中这样的设定印象深刻:太阳正急速衰老膨胀,包括地球在内的内太阳系将在短时间内被太阳吞没。为了自救人类提出了“流浪地球”计划,通过建造上万座行星发动机来推动地球逃离太阳系,最终到达4.2光年外的比邻星。
但是,这一计划的第一步,也即“刹车时代”,需要通过建造围绕地球赤道一周的转向发动机让地球停止自转,因为只有这样才能让行星发动机一起稳定向一个方向推进。
地球自转为我们带来的
或许在地球上生活的我们平日里并没有特别地注意,自转这一天体最基本的特征早已为这颗蓝色星球的许多自然过程写好了设定。中学地理的知识告诉我们,如若以太阳为参考点,地球自转为我们带来了以24小时为一个周期的昼夜变化。同时,地球的自转也深刻影响着海洋和陆地的分布,也影响着地球磁场。如果当刹车时代来临地球停止自转,这一切都将相应地发生变化。作为一名研究鱼类的科研工作者,在地球停转之后,我们真正离开太阳系之前,地球上的鱼类将会何去何从?
去往新的两大洋
以约15°角速度自转的地球塑造了如今世界的海陆分布,离心力使得海水在赤道处大量隆起。一旦地球停止自转,巨量的海水便几乎只受地球引力的摆布,那时位于赤道和低纬度地区的海水将大量投向地球引力最强的南极和北极的怀抱。
可以想象,那时地球的海陆分布会发生如摩西分海一般变化——高纬度地区会因海水的涌入成为一片汪洋,而低纬度地区则会因为失去海水而形成一片环绕地球一周的陆地。地球将形成南北两片彼此区隔开的海洋。
Esri公司对地球停止自转后的海陆分布进行建模
图片来源:https://www.esri.com/news/arcuser/0610/nospin.html
原本地球上的海洋虽然分为四大洋或五大洋(南太平洋),但事实上所有大洋都相互连通,生物可以在适宜生存的范围内在世界的大洋间移动、交流。现在因为海陆分布的改变形成的南北两个不相连接的巨大大洋,使海洋中的鱼类和其他海洋生物形成了无法逾越的地理隔离,两大洋中海洋物种之间不再交流,各自演化。
在狭长的适宜地带安家
当地球停止自转海陆分布变化对鱼类带来的影响还不是最严重的,因为接下来要面对的是更为严峻的气候变化。
在流浪地球计划第一阶段的“刹车时代”,地球停止自转后还依然围绕太阳公转,那么一年的长度不变,昼夜也还将依然出现,不过一天的长度会延长至长达一年,这将很大程度上改变地球上的气候。因为那时,长期处在向阳面的地区将经受高温,而处在背阳面的地区则要面临严寒考验。
在《流浪地球》电影中,当地表的气候不再适合人类居住,人类搬到了500米以下的地下城。那时可能除少部分观赏鱼将继续陪伴人类外,大部分的野外鱼类就要自求多福了。尽管一些鱼类表现出了异于常“鱼”的低温或热耐受性(如极地鱼类可以忍受摄食零下低温环境,部分鱼类也可以短时忍受40℃以上的高温),但大部分鱼类适宜的温度还在5~30℃之间。
当面临地球停转后一半是火一般是冰的新“两极”,或许仅有向阳和背阴面交界处附近,会存在一个不断随着地球绕太阳公转而移动的狭长区域有相对适宜的温度,鱼类等其他生物或许只会在这个区域附近繁衍生息。
重新适应新的作息
昼夜交替周期的改变也将影响地球上许多生物原本的生物钟。在地球上,依赖环境中光线等因素的规律变化,生物可以感知时间,进而调节生物如睡眠、捕食、繁殖等许多行为。如果地球停止自转,包括鱼类在内许多生物原本以24小时为周期的近日生物钟也会受到影响,并产生新的节律。同时因为昼和夜都变得有半年漫长,也不再有日行性或夜行性鱼类的分别了。
地球停止自转只是科幻电影中的设定,在此设定之下我们只能大致猜测地球上鱼类的归宿。回归现实,我们的地球虽仍在转动,但类似如气候变暖、海洋酸化、环境污染、生境破坏等问题也正在考验着现今的鱼类。在这样的背景下,虽然地球上的一些鱼类已经灭绝离我们远去,而一些鱼类,如刀鲚、大鳞底鳉、多刺棘光鳃鲷、三刺鱼依靠快速进化,获得了新的环境适应能力。
存在就有希望,不论地球是否停转,关心鱼类和地球上的其他生物,尽可能地保护好它们的栖息地和生物多样性,它们应该就能找到继续适应下去的办法。
作者:吴昊昊,厦门大学海洋生物学博士,科普作者
策划:蔡琳
来源: 光明网-蝌蚪五线谱
些密码是无法破解的,当涉及到地球上最极端的角落时,人类比这十个未被征服的地区更接近于生活在火星上。极地沙漠的气候和海洋的巨大压力给这些地方带来了一些挣扎,让那些试图进入这扇门却未能成功的灵魂感到羞愧。此外,政府保护土地是一种常见的策略,使一些保护区免受人类发展的压力。所以,如果你认为你有能力在未知的领域插上一面旗帜,那么从这里开始,看看为什么这十个地方直到今天都无人涉足。
在孟加拉湾的一个岛上,数百名部落居民仍然与世隔绝。之前试图接触他们的尝试导致了疾病的爆发,这可能在他们心中植入了对外来者的强烈敌意。这种报复在2006年被困渔民被杀和2018年一名传教士被杀中已经形成。他们尸体没有被找到。考虑到该岛被禁区保护,这些互动从一开始就是非法的。北森蒂纳尔群岛4.85平方英里的面积最近增加了,因为剧烈的地质活动颠覆了附近的珊瑚礁。虽然这些人是来自另一个世纪的活时间胶囊,但他们坚决捍卫自己的自由,不受工业化世界的伤害。
如果这个星球上存在塔尔塔洛斯的内部,它们不会比马里亚纳海沟更深。马里亚纳海沟是由两个构造板块的碰撞形成的,其中太平洋板块被强行压到菲律宾地壳下面,水深达到36201英尺。一个人在穿潜水服和不穿潜水服的情况下潜水的最深深度分别是702英尺和1090英尺。随着距离的增加,天文压力也在增加,只有像的里雅斯特号这样的潜水船才能控制这种压力,它在1960年达到了35797英尺。如果大自然有一个“入侵者小心”的标志,那就是马里亚纳海沟。
Pluragrotta洞是一个位于挪威拉纳的一个超凡的洞穴系统,是一个死亡和婚姻的地方。传统的潜水路线呈“V”形,潜水员试图在数百英尺的冰冷海水和覆盖着锋利岩石的狭窄角落里找到空气。上世纪60年代,当地的一个湖泊筑坝,露出了这条部分位于地下的河道,由于压缩病,一些行程需要超过24小时。参赛队伍竞相探索,还有一支队伍在一个小区域举行婚礼,创造了吉尼斯世界纪录。然而,进一步探索的困难已经夺去了三人的生命,剩下的3.5公里可能永远不会被发现。
在某种程度上,我们不得不面对现代工业无休止的扩张。查瓦利河(Vale do Javari)是最后的堡垒,它是巴西亚马逊河上一块史诗般的广阔地区,总面积近3.3万平方英里。大约2000人生活在这里的14个与世隔绝的部落中,分布在19个村庄里。非土著居民一踏上领土就立即被贴上罪犯的标签,政府执行例行的空中观察。然而,该地区存在非法走私和采矿,这些组织应对2022年6月一名英国记者被谋杀负责。为了保持克制,世界上有些地方没有受到影响,为此我们感谢巴西。
不穿鞋被困的可怕地方,马达加斯加的大馨吉常年参差不齐的景观完全不允许人类定居。这个马达加斯加保护区是通过暴露的石灰岩洞穴形成的,这些洞穴被2亿年的地下水运动雕刻成垂直的刀。这个名字的正确翻译相当于“一个人不能赤脚走路的地方”。由于石灰石针对该地区的无情控制,甚至植物和动物都难以在这里立足。人类观察者很幸运地坐在一边,凝视着这些神秘的构造,它们艺术地装饰着该地区的每一个表面。
加拿大努纳武特的德文岛是一个严酷的外星景观,是美国宇航局设备模拟的一个舞台,因为它拥有地球上最严酷的条件。它是世界上最大的无人岛,从极端的大雾到零下58华氏度(-58°F)左右的残酷冬季气温。作为北极圈的一员,它肯定被相似的地形所包围。在3900万年前撞击地球并在德文郡留下外星印记后,霍顿陨石坑成为了人们关注的焦点。在1924年至1951年期间发生了对哨所的企图,在登打士港留下了一系列的废墟。这个岛是否看到了现代社会在其荒地上寻找价值的努力,还有待决定。
这片俄罗斯远东地区的广袤而寒冷的土地,给予甚少却占有一切。许多部分根本没有被探索过,人口少得惊人,只有99.5万人,覆盖119万平方英里。作为参考,这只比印度略小。冬天的平均气温接近零下50度,这并不是说有太多理由去户外冒险,探索无边无际的苔原草原。萨哈人设法定居在更有利的角落,他们的生存依赖于驯化驯鹿和用厚毛皮制成的服装。
永恒的降雨和未知的角落定义了这个大洋洲山脉。每年有33英尺的降雨量,是亚马逊雨林降雨量的三倍多。这些山峰高达15419英尺,这在1959年对探险家来说是不可能完成的任务。在Jan Sneep的带领下,这种情况导致一架侦察直升机坠毁。1959年,登山者勉强到达了顶峰,今天,还没有任何官方气象站成功建立。巴布亚新几内亚的周边地区以拥有众多的语言家族而闻名,总共有20种语言。
松洞位于越南中部,是一个令人惊叹的洞穴,堪比儒勒·凡尔纳的《地心之旅》。按体积计算,它是地球上最大的洞穴,其截面几乎有两个足球场宽。部分洞穴已经坍塌,地下雨林得以生长。此外,这个自然奇观的大部分是最近才被发现的,游客们现在才开始意识到这个洞穴究竟有多么巨大。这些岩层只有300万年的历史,是由饶顺河侵蚀长山山脉下面的石灰岩造成的。进一步的调查和潜水正在进行中,一次一个地揭开这个奇迹的奥秘。
冈嘎本孙峰是一座神秘的山峰,被凶猛的天气所笼罩,它不向公众开放。即使它是开放的,第一个试图爬上它的团队甚至都找不到它。此外,从未有人成功登顶冈嘎本孙峰。这座山位于不丹北部,与西藏接壤。由于当地宗教习俗的敏感性,登山活动已被完全禁止。总高度达到海拔24836英尺,这是一个诱人的挑战,让拒绝攀登的人感到沮丧。可以说,这座雪峰的美丽是因为没有记录的胜利者。
人类的大胆只能让我们走这么远。有时,有些深度太深,有些高度太高,现代技术甚至无法考虑接近。然而,正是这种失败主义宿命论让克服这些“不可能”变得如此令人满足。满足一个人对未知事物的好奇心是一种既常见又危险的欲望。记住:许多这样的探险都涉及到即使是专业人士也无法避免的死亡。然而,探索和适应这些未开发土地的价值证明了人类无限的潜力。
资料来源:https://www.worldatlas.com/places/10-places-on-earth-untouched-by-modern-humans.html
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