中国古代北方各少数民族发展与演化史 17：13曾经驰骋在中国北方的游牧民..
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中国古代北方各少数民族发展与演化史
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3秒自动关闭窗口论述地质时期生物演化的主要特征怎样的？
论述地质时期生物演化的主要特征怎样的？
09-11-04 &匿名提问 发布
地质学上三大论战的焦点和代表人物 水成论和火成论 在近代地质学史上,曾有一场长期的争论——水成论和火成论的争论.水成派认为地质变化的原因是水的作用,所有的岩石都是水成岩.火成派认为地质变化的原因是火山的作用,所有的岩石都是火成岩.讲水就排斥火,讲火就排斥水,水火之争,愈演愈烈. 火成论把&地下热火&看成地质现象的主要动力,地球核心是熔融的液态.赫顿是火成论的代表人物,这位苏格兰天才的主要调查区是加里东造山带的典型露头区苏格兰高地,那里有花岗岩和矿脉.他认为地层的固化和海洋上升为陆地是地热的作用,火山活动是释放地下能量的出口,有点象瓦特的蒸汽机(当时瓦特正在进行这方面的试验).他的地质理论长期被说成火成论,其实他本人并不认为所有的岩石都是火成的.他对不整合面的发现和解释为18世纪的地质学增添了光彩的一笔. 魏尔纳是水成说的集大成者.水成论者认为水对地表的改变起决定因素.纪元前,古罗马人已发现尼罗河两岸周期性地被洪水淹没,尼罗河在三角洲不断增大,另外,陆地上存在海相介壳动物化石等事实.火成说把&地下热火&看成地质现象的主要动力,地球核心是熔融的液态.由于意大利西海岸火山岩带的强烈活动,古罗马人相信有一位主管火和锻冶的神,称&沃尔坎&(Vulcan).火山(Volcano),火山学(Volcanology)等词即来自意大利语的Vulcan. 与魏尔纳观点大相径庭的一个代表人物是赫顿.水成论和火成论的正式交锋始于18世纪中叶的法国.1746年,盖塔尔送给巴黎科学院关于矿带和岩石分布的记录.他发现了地层的连续性和空间分布的规律性,并据之作出法国的地质图.显然,岩石只有形成在水中才具有连续性和分带性,对奥费涅火山的玄武岩,他也认为是水溶液的结晶作用形成的.1765年,迪马雷送给巴黎科学院奥费涅的地质图,提出玄武岩是附近的火山里流出来的,柱状节理是玄武岩曾处于熔融状态的证 莱伊尔对水成论和火成论的论战很感兴趣,他详细阅读有关文章,积累 了有关理论,学说以及各自论点的资料,后来他在撰写《地质学原理》时充 分阐述了这次学术论战的情况. 德斯马雷特被奉为火成论的鼻祖. 魏尔纳一直固执己见地拒不承认火成论,但是他的学生却并不都像他那样固执.抱着水成论的观点,魏尔纳的学生弗朗西斯在1803年应邀赴法国的奥弗涅进行实地考察,在事实面前他动摇了过去的信念,在一年后勇敢而又谦恭地在法兰西学院宣读了放弃过去的观点的声明. 18世纪初,化学发展很快,证明在溶液中能够结晶沉淀出矿物,这对地质学有很大影响.德国学者魏尔纳(公元)在沉积岩发育地区工作后,热心于化学成果,竟认为所有岩石都是由原始海水结晶沉淀而成或是洪水沉积物变成的岩石.水成论盛极一时,但不到半个世纪便被火成论击败. 苏格兰学者郝屯(J.Hutton,公元)及其门徒的足迹遍及欧洲,根据丰富资料结合推理, 认为岩石有水成者,但也存在花岗岩等大量火成岩石.郝屯于1795年,出版&&一书,被称为&现代地质学的创立者&.他认识到每次不整合代表一次构造运动,主张宇宙无始无终,现在是了解过去的关键. 灾变论与渐变论 地质学史上还有灾变论与渐变论之争。19世纪初多数科学家都已认识到地壳是逐渐形成的，生物也是不断变化的，但是这种变化是突然发生的，还是逐渐发生的，看法不一，形成灾变论和渐变论两种学派。 灾变论的代表人物是法国的古生物学家、比较解剖学家居维叶。他详细地研究了巴黎盆地沉积层，发现不同地层含有不同的生物化石，地层愈古老，所含生物化石愈简单，与现代生物的差别愈大。居维叶认为这不是环境的缓慢变化造成的，历史上必定发生过突发的灾变。他认为，陆地曾经发生过升降，海水也就有过进退，气候也变化，这些变化都是突然发生的，而且不止一次。当海底变成陆地时，海生动物死，当陆地下沉为海洋时，陆生动物亡，发生灾变的地区的物种就此灭绝。过一段时间，其它地区的物种迁移过来，形成了与原来完全不同的生物种群。因灾变而亡的物种残骸经由沉积、石化形成古地层中的生物化石，所以不同地层的生物化石就不同。这种巨大的灾变有四次，最后一次是在距今五、六千年以前的大洪水，也就是挪亚方舟那次洪水。居维叶在发表这些观点的时候恰好在西伯利亚永久冻土层中发现了皮肤、毛发和肌肉都保持完好的古代四足兽的尸体。居维叶认为这正是灾变论的很好的证据。他认为这种原本生活在温暖地区的动物，由于地壳和气候的突然变化，一下子变得寒冷，这些动物来不及迁徙，就被冻死了。1825年他的《地球表面灾变论》出版，全面地阐述了他的灾变论的观点。 苏格兰人赖尔本来是支持灾变论的地质学家，后来受法国生物学家拉马克的生物进化论著作的影响逐渐改变了自己的观点。赖尔经过长期考察完成了《地质学原理》第一册初稿，为了修改初稿，继续国外考察。1829年赖尔在伦敦地质学会上宣读了论文，在会上展开了激烈的争论，这是渐变论和灾变论的交锋，双方势均力敌。1830年-1833年赖尔陆续出版了《地质学原理》的1-3卷，副标题是“试以现在仍然起作用的各种原因去说明过去地球表面的各种变化”。他坚持用现在已知的自然法则来解释自然现象，认为古今的营造力是一致的。他认为，通过化石反映出来的物种变化是环境变化造成的，环境的变化是地壳的运动变化引起的，而地壳的变化不是突发的，是一个十分缓慢的过程，微小变化的日积月累形成了巨大的变化。引起这种变化的力量是自然力，如河流、湖泊、海洋、火山、地震，都是现今可以观察到的。地壳的上升和下降运动是地球自身运动的结果，老的和新的岩石的结构差别是历史的结果。人类可以根据现在仍然起作用的自然力和法则去推理地球的历史，自然力不断地破坏岩层，并搬运到江河湖海中，松散的沉积物经过千百万年的变化形成新的岩石，地震、火山、岩浆活动又将地下的熔岩带到地表，构成一幅“旧岩层不断破坏，新岩层不断形成”的系列画卷。《地质学原理》一书出版后，经过多次考察，赖尔也进一步认识到在过去的地质时期中，地球也确实发生过由造山运动引起的激烈变化。他不断修正自己的学术思想和观点，1836年他发表了《人类演化的地质证据》，放弃了物种不变的思想。1866年重写《地质学原理》第二册第九章，这对30多年来一直在英国地质学界居于导师地位的人来说，决非易事。 灾变论与渐变论之争至今没有结束。地球上的渐变过程是绝大多数人都承认的，可是在地球的历史进程中到底有没有突发的灾变事件，并引起许多物种的灭绝？现代科学已经找到了部分答案。 地质演化理论 到了19世纪，岩石学、地层学和古生物学皆取得了重大突破。当时的地质学家和博物学家基本上都承认，化石是一度存在过的生物遗骸，是地质和生物过程结合的产物，英国的地层学之父史密斯(W.Smith,)还进一步发现，地层及其所含化石呈现出有规律的迭置，因此，即使相隔很远的地层，也可以根据所含化石来确定其上下关系和生成的地质年代，而史密斯的外甥菲利普斯(Phillips,)正是根据这一原理将岩层进行了划分，建立了岩层划分的基本框架。在这里，地层是在不同时期逐渐形成的地质学演化思想，已经明显地存在于他们的头脑中了。 标志近代地质学演化理论体系化的，是英国地质学家赖尔(C.Lyell,)在年间出版的《地质学原理》一书。这部书的副标题是“以现在还在起作用的原因试释地球表面上以前的变化”，书中吸收了同时代诸多地质学家特别是赫顿的思想，总结了大量的地质学知识，考究了地壳升降、火山、洪水、冰川等地质作用，系统阐述了地质均变论的概念。他认为，一个地区的火山岩往往是多期形成的，每一期内往往又是多次喷发和溢流的火山物质造成岩石，考虑到时间长、次数多的因素，每次火山爆发并不都是很强烈的。他还认为，散布在沉积岩地层中的无数同类化石，意味着同一物种曾经继续了许多世代，与其同时生成的地层不会是短期内形成的，这清楚地表明，地质形成是一个长期的演化过程。 地质演化理论的重要性，不仅仅体现在将历史的、发展的因素带入地质形成理论之中，更为重要的是，它已经蕴含了生物进化的思想，不难理解，既然地层有它的演化历史，地球表面上生活的动植物自然也必然有其演化历史。作为古代地质过程的见证者和古代生物发展的信使，岩石中的化石顺序已明白无误地表明，同演化着的地质过程一样，生物现象也有一个演化过程，尽管赖尔及其同时代的地质学家囿于传统观念，没有正面论证生物进化的观点，但科学的生物进化理论却实实在在是呼之欲出了。参考资料：
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日前，在海南琼海亚洲博鳌论坛会场举行的中国科协２００４学术年会上，我校汪品先院士作了题为《走向深海大洋》的学术报告。人民网昨天也在其《科技频道》的'聚焦'栏目上，刊登了报告全文。现转载如下--                                               走向深海大洋          一．时代的召唤-走向深海大洋    近半世纪前，学术界前辈提出'上天，入地，下海'，指出了我国地球科学进一步发展的方向。到如今，不仅卫星游弋、飞船载人，而且正在积极作探月准备；大洋钻探、大陆钻探先后在我国实现；海底深潜也已经指日可待。与半世纪前相比，我国科学界对地球的观测能力已经不可同日而语。然而，假如将海洋、固体地球和大气的研究比作地球科学中海陆空三军的话，那'海军'就是三者中的弱点；其中面向深海大洋的研究，又属'弱'中之'弱'。而这与当今世界的走向大相径庭。一方面，近半个世纪以来，世界地球科学的突破点，主要在于深海研究；另方面，1994年国际海洋法公约生效以后，对专属经济区以外深海大洋的国际竞争日趋剧烈。美国正在讨论要将海洋投入增加一倍，日本建造了比美国大三四倍的大洋钻探船，相互在海上争雄；亚洲国家如韩国也提出'海洋开发的全球化与信息化'的目标，走向国际竞争。    中国具有世界上最大的地球科学研究队伍之一，但长期以来缺乏深海大洋研究的力量。因此，深海研究在学术上已经成为制约我国地球科学进一步发展的'瓶颈'，在应用上也难以适应国际海上权益与资源之争的形势。目前无论从国家需求或者从我国实力出发，都到了'冲出亚洲，走向世界'的时候；重新考虑我国在国际地球科学中定位，已经迫在眉睫。          二．深海的发现-从'大洋中脊'到'深部生物圈'    一部科学史，其实也就是人类的视野不断拓宽的历史。对时间的概念，已经从几千年扩展到百亿年以上：1658年，爱尔兰大主教James Ussher 曾经'计算' 出世界是上帝在纪元前日星期天创造的；而今天讨论的已经是宇宙大爆炸的周期性和时间有无起点的问题。 对空间的概念，不仅向外扩展到太空，而且对地球的视角也已经'上穷碧落下黄泉'，深入到地球的内部。人类文明从大陆萌发，始终以地面作为基本的活动平台。随着科学技术的发展，尽管'入地'的能力还远不如'上天'，却已经能够穿过水层，探索深海洋底的秘密。    在太空中，地球是唯一呈蓝色的行星，水是地球最大的特点，也是地球上生命发育的基本条件。但是水又是阻挠人类认识地球的最大障碍：地球表面13亿多立方公里的水，铺平了能覆盖整个地球两千多米厚。好在97% 的水都集中在海洋里，可是平均水深3800米的海洋也占地球表面71%。几千年来，人类社会在大陆上生生息息，把远离自己的海洋留给神话世界；一旦透过几千米的水深看到了大洋的真面目，回过头来才明白自己脚下大陆的真相。   人们看惯了绵亘的山岭和曲折的海岸，不大会去问'为什么'的问题。九十年前，A.Wegener 发现大西洋两侧非洲和南美岸线可以嵌合、又产共同化石，从而提出'大陆漂移'的假说，但当时回答他的只是嘲笑和冷漠。要等半个世纪之后，深海测量技术发现深海洋底也有高山峻岭，全世界有8万公里长的山脊蜿蜒在各个大洋，而大西洋的中脊恰好与非洲和南美的岸线平行时，人们才恍然大悟，原来大陆和大洋的岩石圈是分成若干'板块'的整体。陆地和海底的山脉，都是板块移动的产物，无论走向、位置都有它的道理。在景仰上世纪初先知的洞察力的同时，科学界深感只有透过水层看到地球表面的整体，才能理解大陆及其山系分布的原理。    同样，沐浴在阳光下的人们，看惯了飞禽走兽、树木花草，决不会对'万物生长靠太阳'产生怀疑。又是深海海底'黑暗生物圈'的发现，开辟了新的视野。七十年代末，'Alvin'号深潜器在东太平洋发现了近百度的高温，原来海底有'黑烟'状的含硫化物热液从海底喷出，冷却后形成'黑烟囱'耸立海底。更为有趣的是在热液区的动物群,比如长达三米而无消化器官，全靠硫细菌提供营养的蠕虫，加上特殊的瓣鳃类、螃蟹之类，说明地球上不仅有我们所习惯的，在常温和有光的环境下通过光合作用生产有机质'有光食物链'，还存在着依靠地球内源能量即地热支持，在深海黑暗和高温的环境下，通过化合作用(chemosynthesis)生产有机质的'黑暗食物链'。现在，这类热液生物群在各大洋发现的地点已经数以百计，离我们最近的就在冲绳海槽。    黑暗食物链的基础，是在还原条件下进行化合作用制造有机质的原核生物，包括细菌与古菌(Archaea)，推测与生命起源时的生物群相近。不只是海底，近年来发现在数千米深海海底下面数百米的深处，还有微生物在地层的极端条件下生存，这种'深部生物圈'虽然都由微小的原核生物组成，却有极大的数量，有人估计其生物量相当全球地表生物总量的1/10。与热液口'自养'的微生物不同，深部生物圈的原核生物依靠地层里的有机物实行'异养'，从地中海底第四纪的腐泥层，到美国白垩纪的有机质页岩里都有发现，它们的新陈代谢极其缓慢，但'寿命'极长。它们也可以在洋中脊的玄武岩里生长，依靠玄武岩的蚀变为生；甚至海底火山爆发也有超高温细菌发现，引起学术界极大的注意。深部生物圈的发现，不仅向区分'古生物'与'今生物'的划分提出了挑战，甚至向'生'与'死'的概念提出了疑问。    '深部生物圈'的发现，大大拓宽了'生物圈'的分布范围。原来从极地冰盖到火山热泉，从深海海底到地层深处，生物的分布几乎无所不在，那末人类迄今研究和熟悉的，只不过是生物圈中的一小部分。不但海底，海水层里也是一样：运用新技术，发现了普通显微镜下看不见的微微型浮游生物（pico-plankton）。其中包括能够进行光合作用的细菌, 它们在贫养的开放性大洋中可以构成初始生产力的主体。比如原绿球菌（Prochlorococcus）粒径才0.4-0.8μm，可是在热带、亚热带寡营养海域可以占到总生产量的90%以上。深海大洋的发现，纠正了我们对生物界的偏见：我们用肉眼、甚至用光学显微镜见到的，只是地球生态系统的上层，只占生物圈的一小部分；地球生态系统的真正基础，在于连细胞核都没有的原核生物。生物的一级分类，应当是古菌、细菌与真核生物三大类，而我们熟悉的动、植物只是真核生物中的一部分。真核生物的多样性在于结构形态和行为特征，可依靠形态来识别；而原核生物的多样性却在于新陈代谢的类型，并不靠形态识别。具体说，真核生物只能以'燃料'氧作为能源，原核生物却能'燃烧'不同成分（SO42-；NO3-; NO2-等）获得能量，因而新陈代谢类型不同，产生的生物地球化学效果也就多种多样。于是，地球表层有许多从前以为是'无机'的化学过程，从一些金属矿床到岩溶石笋，其实都是微生物的生物化学反应。    生物圈概念的扩展，也改变了地球科学与生命科学的关系。传统地质学里生物的'主角'是大化石，而实际改造地球的首先是原核生物，它们几乎没有形态化石可留，只靠生态过程影响着化学元素周期表里几乎所有的元素，在三、四十亿年的地质历史上默默无声地'耕耘'，直到今天才有可能得到重新评价。生命演化史的研究很像社会历史，引人瞩目的恐龙、鳞木固然重要，但真的要揭示机理，还非要深入到原核生物不可。纵观地球历史，85%时间里是古菌和细菌这两类原核生物的世界，它们从还原到氧化环境都有分布，真核类在氧化环境下大发展，已经是后来的事。总之，深海大洋的研究，不仅是地球科学，也是生命科学的突破口。          三．大洋钻探-揭示地球环境的历史档案    为了解自己生存环境的变化，人类对地球的视野不但要在空间上拓宽，也需要在时间上扩展。当前人类正经历着一个环境高速变化期，未来演变方向的正确预测将涉及子孙后代的命运。可惜有生命的行星，至今只知道一个地球，缺乏横向比较的机会；预测未来只能从纵向比较中去寻找类比，就像政治家从社会历史中吸取经验一样。地球的环境演变，在不同场合留下了各种供各样的'历史档案'，唯独在深海沉积中留下的最为连续、最为全面。虽然海底采集沉积柱状样已经有近八十年的历史，大规模的系统研究开始于1968年的深海钻探计划。'深海钻探 (DSDP, )'，'大洋钻探(ODP, )'和'综合大洋钻探（IODP，2003--）'，这部深海研究的三部曲，是国际地球科学历时最长、规模最大，也是成绩最为突出的合作研究计划。前面说到的'板块'理论，正是DSDP在大西洋洋底的钻探取样和测年分析，发现从大洋中脊向两侧的玄武岩基底年龄越来越老，方才为洋底扩张的假说提供了决定性的证据。三十年前在南大洋的钻探，发现澳洲和南美洲是在二、三千万年前才完全离开南极大陆，于是南大洋形成环南极洋流，造成南极的'热隔离'，结果导致南极冰盖的出现。深海钻探的这项发现，被誉为古海洋学新学科建立的标志。总之，深海钻探和大洋钻探三十五年来在全球各大洋钻井近三千口，取芯二、三十万米，证实了板块构造学说，创立了古海洋学，把地质学从陆地扩展到全球，导致地球科学一场真正的革命，改变了固体地球科学几乎每一个分支的发展轨迹。    确实，一些地球环境的历史变化，没有深海海底的钻探取样，是很少可能发现的。1970年代初地中海的深海钻探，发现了2、3千米厚的岩盐、石膏层。这类蒸发岩应当是干旱地区的产物，地中海现在水深可达五千米，面积相当黄、渤、东海总和的两倍，居然出现沙漠环境下的岩层，成为轰动一时的科学新闻。现在查明，由于地中海四面被陆地包围，只以水深300米的直布罗陀海峡与地中海连通，一旦构造运动将通道锁闭，地中海便变为一个巨型蒸发盐湖。距今596万年前开始，相当于全大洋6%的盐分在这里沉淀形成巨厚的蒸发岩层。到533万年前海面上升，与大西洋的通道恢复时，'地中海盐度危机'便告结束，大西洋水又呈瀑布状泻入地中海。我们常说的沧海桑田是个慢过程，现在看来这一类超出常识范围的灾变事件，地质历史上也不乏实例。现在水深超过两千米的黑海，也只有20多米水深的海峡与地中海相通。近两百万年来黑海基本上是个大湖，大约一万年前湖面低于地中海近百米，但随着冰盖消融、洋面上升，到7千多年前地中海海面上升，突破博斯普罗斯海峡涌入黑海，突然将造成灾难性洪水事件，最近科学家考证，认为这就是圣经里'诺亚方舟'故事的原型。    上述灾变属于区域性事件，深海钻探还发现了规模更大的全球性巨变。拿近六亿年来说，大部分时间地球的两极并没有冰层覆盖，像现在这样南北两极都有冰盖是绝无仅有的特殊时期。和现在反差最大的，是一亿年前恐龙盛行时的地球。当时高纬度区的温度比现在高出15°C, 大气CO2浓度至少比现在高三倍，由于温差小、极地没有大冰盖，气流和洋流都比较滞慢，甚至出现几百万年大洋底部缺氧的现象，在洋底发现有机质大量堆积，在中东是石油的形成期。这种全球性温暖期出现的原因并不清楚，但就在这些时期，西太平洋和南大洋都有大量玄武岩从地幔深处溢出海底，各自形成巨大的海底高原。热带西太平洋的翁通-爪哇海底高原就是由3600万km2的玄武岩堆成，大小和南极冰盖相当，平铺在中国大地可以有四公里高。这种特大型的海底火山喷发放出巨量的CO2，可能是当时全球特暖的原因。更加戏剧性的灾变发生在6500万年前，巨大的陨石在墨西哥尤卡坦半岛的Chicxulub撞出直径180公里的陨石坑，带来了全球性的绝灭事件。在大洋，90% 的浮游生物灭绝，洋底沉积中留下了微陨石和铱(Ir)异常；在陆地，造成了包括全体恐龙在内的大灭绝。    离今最近的环境巨变，是两万年前的冰期，当时整个加拿大，美国和西欧的北部，全都压在几千米的冰盖之下。为什么会出现冰期？这种冰期还会不会再来？什么时候再来？一直是学术界必须回答的问题。现在已经明白：一百年前阿尔卑斯山发现的几次大冰期，五十年前太平洋沉积中碳酸盐含量的旋回，其实都是地球运行轨道几何形态变化，造成气候周期性的表现。气候轨道驱动的发现和证实，是二十世纪地球科学最辉煌的成就之一；轨道周期在世界各大洋地层中的对应性，为地质时期的纪年提供了天文学的标尺。但后来又发现，极地冰芯气泡反映的大气CO2浓度，和深海沉积中氧同位素反映的冰盖消长，都和地球轨道呈现同样的周期现象。轨道周期如何能造成CO2的变化？在冰期旋回中，究竟是高纬度冰盖的物理变化，还是低纬区碳循环的化学变化起着主导作用？这正是大洋钻探当前面临的课题。1999年春，由我国科学家建议、设计和主持的南海大洋钻探，钻井17口、取芯五千米，实现了中国海深海科学钻探零的突破，首次取得了2300万年气候旋回的深海连续记录，其中一个重要成果，就是发现了40-50万年大洋碳储库的长周期变化，为探索热带碳循环在气候轨道周期中的作用提出了新认识。      上述三例，只是大洋钻探三十来年成就的一小部分。去年十月，新的'综合大洋钻探计划'(IODP)正式开始，而且规模空前：年度预算将高达1.6亿美元，是原来的3 - 4倍。日本政府斥资六亿美元建造57000吨的'立管钻探船'，美国也将重建钻探船，欧洲力争成为新计划的'第三条腿'，我国也已作为参与成员的身份加入。这次的目标十分明确，要在原来不能打钻的海区钻探，比如今夏动用了核能破冰船，在北冰洋钻穿了410米的沉积层，发现5500万年前北极出现亚热带生物群的证据，推断是深海'可燃冰'-天然气水合物-大量释出的结果。IODP的十年计划（）要进一步钻探天然气水合物区，查明其分布和成因；进一步钻探'深部生物圈'，揭示可能占全球微生物总量2/3的海底地下世界；进一步钻探深海热液区，探索'洋底下的海洋'。日本'立管钻探船'打破了原来大洋钻探的进尺深度限制和含油气区的禁忌，将要追索太平洋的震源带，甚至钻进地壳深部，直至打穿地壳，实现科学界梦寐以求的理想。更加宏伟的深海壮举，更加新奇的海底发现，正在向我们走来。其中可望开拓地球科学新阶段的，是深海观测系统的建立。          四．海底监测-地球观测系统的第三个平台    人类通过观测了解地球，而千百年来只能从地面、或者乘船从海面观测地球。这种星星点点、断断续续的观测，带来了许多错觉和误会。20世纪地球观测最大的技术进展，在于遥测遥感对地观测系统的建立。人类终于能够离开地面，从空间获取地球信息，不仅极大地丰富了信息量，可以获取全球性的和动态性的图景，而且解放了观测者的视角，将地球科学从局部和单项的研究，推进到地球系统科学的新阶段。如果说近四百年前显微镜的发明是人类克服视觉的生理限制，观察到地球上许多现象的细微实质，那么对地观测系统就像是一种'显宏镜（macroscope）'，从空间观测地球的全局；如果说近五百年前哥白尼提出 '日心说'靠的是从地球向外看，那末现在的地球系统科学就是从空间向内看。两者都是认识上的飞跃，因此有人把地球系统科学比喻为'第二次哥白尼革命'。    现在，对地观测系统已经发展为'数字地球'战略，在科学技术众多领域发挥着至为重要的作用。但是遥感技术的主要观测对象在于地面与海面，缺乏深入穿透的能力。而隔了平均3800米厚的水层，大洋海底难以成为遥感技术的观测对象。在新世纪的开始，随着高科技的发展，一个新的热点正在出现：这就是海底观测系统。假如把地面与海面看作地球科学的第一个观测平台，把空中的遥测遥感看作第二个观测平台，那末新世纪在海底建立的，将是第三个观测平台。    与浩瀚深厚的大洋相比，人类通常观测到的只是它的表皮。尽管采用了投放锚系、利用声波等种种办法，得到的还只是零星的信息。近年来计划向全大洋投放三千个自由飘浮的ARGO, 在海洋2000米的上层测温度与盐度剖面，可以取得系统的图景，但仍然到不了深海海底。人类对深海海底的了解，赶不上月球、甚至于不如火星。虽然有众多的考察航次，或者通过取样甚至深潜的直接方法，或者借助间接的物理手段进行考察，仍免不了沧海一粟或者雾里看花的缺陷。从海底的地震源区到热液活动区，都亟需进行长期连续、而不是瞬间短暂的观测。因此近十余年来，做出了种种努力将观测点布置到海底去。    海底是'漏'的。前面说的'深海热液'，就是渗入海底的海水与岩浆相互作用后再冒出来的。大洋底下的地层深处，以至大洋地壳的玄武岩里，都有水体在流动，无论对地震或是成矿都有重大影响。九十年代初，大洋钻探计划发明了新技术来观察这'洋底下的海洋'。方法是将钻进大洋地壳的深海钻井密封，与海水隔离但向大洋地壳内部的流体开放。这种称为CORK的设备用来测地壳内流体的温度、压力变化，运行结果不仅获得了热液环流的性质，而且意外地测得了板块形变和地震的信息。地震研究和预警需要建立地震观测网，然而地震台站大都建在陆上，海洋的观测点极其匮乏。在深海海底已经钻进洋壳玄武岩的钻孔里，埋置仪器来检测板块活动，是灵敏度和信噪比最高的地震监测手段。八十年代末期以来，在日本附近和各大洋的大洋钻探井孔中安装地震仪，集中在西太平洋震源区建立深海海底地球物理监测台网，和陆地台站结合进行地震监测。此外，在洋底热液活动区，也已经安置了多种设备，进行深海热液的物理、化学与生物的实地连续观测。    然而，上面介绍的各种海底观测技术，有个共同的缺陷：它们都受能量供应的限制，还有信息传送的困难，都要依赖深潜器之类的深海运载工具去补充耗尽的能量，收取采集的信息。最近，以美国为首的国际学术界提出了地球观测的新思路：将观测平台放到海底去，将设在海底和埋在钻井中的监测仪器联网，通过光纤网络向各个观测点供应能量、收集信息，从而进行多年连续的自动化观测。这种监测网既能向下观察海底和深部，又能通过锚系向上观测大洋水层，还可以投放活动深海观测站，自动与监测网的节点连接上网。 现在正在建设的第一个区域性电缆海洋观测网是东北太平洋的'海王星'（NEPTUNE）计划，用3000公里光纤带电缆，将上千个海底观测设备联网，由美、加两国投资近3亿美元，预定2007年投产，建成后将进行水层、海底和地壳的长期连续实时观测25年。    新的海洋观测系统，其优点在于摆脱了电池寿命、船时与舱位、天气和数据迟到等种种局限性，科学家可以在大楼里通过网络实时监测自己的深海实验，可以命令自己的实验设备冒着风险去监测风暴、藻类勃发、地震、海底喷发、滑坡等各种突发事件。这是一种全新的研究途径，可以提出一系列新的科学问题与实验，去理解复杂的地球系统，比如探索海洋气候变化对不同水深的海洋生物产生的不同影响，探索深海生物的生态系统动力学和生物多样性等等。与陆地不同，由船只进行的海洋调查有严重的局限性，只能进行短时或瞬间的离散观测；遥测遥感又主要局限于海水顶层。海底观测网络的建立，将为地球系统的观测开辟地面/海面和空间之外的第三个平台，不仅为揭示地球表面过程的机理提供了新途径，也为探索地球深部创造了新的可能。    目前已经实现的还只是小型的实验观测站，如美国Monterey湾的MARS站和加拿大Victoria湾的VENUS站，都已即将建成。然而这项从根本上改变海洋研究观测途径的措施，也必将带动全球，实现海底联网国际化。美国提出的海底网络，本身就是建立在监测前苏联核潜艇活动的军事技术基础之上，所推行的全球洋底网络化的设想也必然具有非民用的目标。从国防安全、海洋开发和科学研究出发，我国不仅要密切关注、积极参与，而且必须自主地进行海底观测网的建设。去年7月以来，全球观测网的峰会先后在美国和日本举行，海洋观测已经上升到国策高度。现在，我国地震监测和深海油气勘探方面，已经提出海底观测的需求，应当及早从战略高度加以重视，列入国家规划，落实切实措施。          五．结束语    由此看来，深海大洋不只是人类了解地球亟待填补的空白，也是国家资源和安全保障之所系。深海石油、气体水合物和基因资源的开发利用，深海探索和海底观测新平台的建立，又为高科技的发展提供了新机遇。从全球看，深海大洋的研究也只是二十世纪后期的事，处于长期动荡和困境的我国，对国际深海研究愧无贡献。近十余年来出现的转机，使我国学术界得以在国际舞台上初现身手；而从地球科学界的整体说来，深海大洋始终还是个'冷门'，只是一小部分人的兴趣，与国际学术界从全球着眼、海陆分工不分家的格局大相径庭。随着近年来科研投入的增加，我国不仅在人数上、而且在硬件实力上也已经成为地球科学的大国，能否在规划任务的设计中，将视野扩展到深海大洋，必将影响甚至决定我国地球科学未来的走向，和对地球系统科学未来的国际贡献。    其实，深海大洋涉及的还不只是科学技术，而且还是文化内涵的一个深层次问题。有众多群岛作为跳板，容易走向大海的爱琴海文化，与孕育于黄河中游，远离海滨'南蛮东夷'的华夏文化，有着从襁褓时期就开始的差异。从'东临碣石'的赢政，到派遣郑和下西洋的朱棣，对海外世界的兴趣不是出于猎奇，就是弘扬国威，决不会有传说中亚历山大大帝亲自潜入海底的雅兴和勇气。甚至在我们的神话传说里，海洋也往往和灾祸与不幸连在一起。明朝海禁之后，海洋更成了禁忌，直到洋炮从军舰上把我们轰醒为止。值得反思的是直到今天，这种对海洋的疏远或者陌生，是不是还在影响着我们的科技发展，甚至影响着比科技发展更为重大的事情？          作者简介    汪品先（1936-），男，江苏苏州人。莫斯科大学地质系毕业。同济大学教授，海洋地质重点实验室主任，中国科学院地学部院士。从事古海洋学和微体古生物学研究，1999年在南海主持实施了中国海首次大洋钻探，现担任深海'973'项目的首席科学家。曾任国际海洋研究科学委员会(SCOR)副主席、中国海洋研究委员会主席等职。                                        （稿件来源： 新闻中心整理）【关闭窗口】  
原来是材料，吓我一跳
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为什么说生物多样性是全人类食物、水和健康的保障呢？这是因为，人类是动物大家族的一员，动物都不能自己制造食物，需要绿色植物提供。在全球30万种植物中，人类经常利用的农作物不到200种，加上药用植物，所开发利用的也不到1000种。我们都知道，小麦、水稻、玉米提供了全人类主要淀粉来源，大豆、花生是主要的脂肪来源。植被通过蒸腾作用将土壤中的水输送到大气，然后参加大气水循环；地球如果没有绿色植被覆盖，水循环就绝对不是今天的样子。再谈健康，我们都知道，在化学制药没有发明前，我们的祖先就是用天然动植物成分来充当药物的，至今生物制药的主要成分依然是各种动植物；另外，最关键的是，我们呼吸的氧气也是植物制造的。光合作用、生物固氮作用是地球上发生的规划最大的两个化学反应，更难的是，这些反应是在常温、常压下发生的，没有任何环境污染的最完美的化学反应，这两个反应为人类提供了食物、水、氧气和优美的生态环境，这是无法用化学合成产品取代的。生物多样性还具有保持能量合理流动、改良土壤、净化环境、涵养水源、调节气候等众多方面的功能。 ??生物多样性提供了地球生命的基础，包括人类生存的基础。除了经济价值和生态价值外，还具有重大的社会价值，如艺术价值、美学价值、文化价值、科学价值、旅游价值等。许多动物、植物和微生物物种的价值现在还不清楚，如果这些物种遭到破坏，后代人就不再有机会利用，因此必须注意保护，才能使社会实现可持续发展。 ??我国是世界上生物多样性特别丰富的国家之一，为全球生态系统第一大国、生物多样性第三大国。我们有高等植物30000余种，脊椎动物6347种，分别占世界总种数的10%和14%。中国生物物种不仅数量多，而且特有程度高，生物区系起源古老，成分复杂，并拥有大量的珍稀孓遗物种。中国广阔的国土、多样化的气候以及复杂的自然地理条件形成了类型多样化的生态系统，包括森林、草原、荒漠、湿地、海洋与海岸自然生态系统，还有多种多样的农田生态系统，这些多样化的生态系统孕育了丰富的物种多样性。中国有7000年的农业历史，在长期的自然选择和人工选择作用下，为适应形形色色的耕作制度和自然条件，形成了异常丰富的农作物和驯养动物遗传资源 ??然而，非常不幸的是，人类在开发利用自然的同时，对生物多样性重要性认识不足。我国是生物多样性受到严重威胁的国家之一；原始森林长期受到砍伐、开荒等人为活动的影响，其面积以每年5000平方公里的速度减少；草原由于超载过牧、毁草开荒的影响，退化面积达87万平方公里，目前约90%的草地处在不同程度的退化中。中国十大陆地生态系统无一例外地出现退化，就连青藏高原生态系统也不能幸免。以红树林为例，中国红树林主要分布在福建沿海以南，历史上最大面积曾达25万公顷，50年代约剩5万公顷，而现在仅剩1.5万公顷，仅为历史最高时期的6%！高等植物中有种受到威胁，占总种数的15%－20%。在“濒危野生动植物种国际贸易公约”列出的640个世界濒危物种中，中国就占156种，约为其总数的25%，形势十分严峻 ??生物多样性保护关系到中国的生存与发展。中国是世界上人口最多的人均资源占有量低的农业大国，70%左右的人口住在农村，对生物多样性具有很强的依赖性。近年来经济的持续高速发展，在很大程度上加剧了人口对环境特别是生物多样性的压力。如果不立即采取有效措施遏制这种恶化的态势，中国的可持续发展是不可能实现的，甚至会威胁到世界的发展和安全。 人类也是生物多样性的一部分。没有生物多样性，人类不能在地球上生存。不会感受到树林的绿意、海洋的浩瀚，也不会有人类呼吸的空气、吃的食物、喝的水。没有生物多样性，人类本身就会感到非常孤独，因为没有花鸟鱼虫与我们相伴，也没有飞禽走兽与我们为伍。如果没有多姿多彩的生命形式，仅仅只剩下人类自己生活在这个世界上，生活将会变得索然无味，更何况没有其它生命，人类根本无法生存。 生物多样性可以帮助清洁我们呼吸的空气以及喝的水；生物多样性可以提供我们丰富多彩的食物；生物多样性为建造我们的房屋提供原材料……生物多样性带给我们的好处太多，实在难于一一罗列。 正是生物多样性使这个星球上的生命得以繁衍和持续：通过森林吸收二氧化碳并释放出氧气，我们才得以自由而畅快地呼吸；通过土壤、微生物和水循环过滤了水中的污物我们才得以喝到洁净的水；此外，通过绿色植物固定大气中的二氧化碳并转化为碳水化合物，我们以及其它动物才有丰富的食物。地球上全部的物种，包括植物、动物、微生物，以及人类组成了生命的大家庭。在这个大家庭里，所有的生命通过物质、能量和信息循环建立了有机的联系，各种生命有机体互相依存，共同按照生态学规律和谐地生活在地球上。因此所有的生命都具有生存和繁衍的权利，都应该得到尊重。关系大着呢参考资料：calori - 经理 五级
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