单位文秘网 2021-07-23 08:22:04 点击: 次
什么想法会改变我们对于周遭世界以及我们与世界的关系的理解呢?英国《新科学家》杂志最近刊发文章,罗列了诸多能够真正改变世界面貌的科学进展和科学想法,近距离向我们展示了哪些科学进步会真正让科学研究领域焕然一新,同时刷新了人们对于世界的认知。
这些想法涵盖生物学、生命和地球科学等10个领域,包括DNA(脱氧核糖核酸)折纸术、超级进化、大脑地图、拓扑绝缘体等等。有些想法是天才的灵感一现;有些想法还处于最基础的萌芽阶段,但却可能会带来巨大的突破;而还有些想法则纠正了人们以前对于世界的认知。不管怎样,所有这些想法都将改变科学发展的面貌,其带来的影响也不可估量。
地球科学
从彻底从世界消失到未来会变成死海一片,与地球有关的科学从来不乏各种有关“世界末日”即将到来的寓言。
(1)Hangenburg事件(泥盆纪与石炭纪的分界线):重返地球远古的审判
生命发展的进程中充斥着各种大动荡,繁荣多样的一个纪元之后是大规模灭绝的另一个纪元。3.59亿年前发生于泥盆纪晚期的大灭绝事件——Hangenburg事件,也是其中的插曲之一。
泥盆纪晚期是脊椎动物出现的关键时期。那时,很多原始生物灭绝;鲨鱼和硬骨鱼成为水域“霸主”;四足动物最终进化成恐龙和哺乳动物,统治了陆地。
这是一个渐进的变化,而变化的驱动力来自于泥盆纪2500万年间此起彼伏的物种灭绝。不过,现在看来,与Hangenburg事件相比,这些灭绝都是“小菜一碟”,因为该事件几乎清除了所有典型的泥盆纪物种,为新的世界秩序铺平了道路(《美国国家科学院院刊》第107卷,第10131页)。
这次灾难的“罪魁祸首”是什么目前并不清楚,但科学家对其重要性进行了彻底的评估,结果表明,古生物化石可以成为新思维诞生的沃土。
(2)死海:气候变化压倒一切
虽然我们为气候变化给陆地生物(例如人类自身)带来的短期效应而烦恼不已,但全球变暖已经给世界的海洋系统带来了更加隐秘的威胁。在几百年的岁月中,因气候变化而发生改变的大气所排放的热量会慢慢渗入海洋,而温水溶解氧的能力远远低于冷水,因此,很多海洋鱼类和其他生物可能会因为缺氧而窒息死亡。
一些海洋里已经出现了无氧的“死亡地带”,包括位于墨西哥湾的一个上千平方公里的区域,计算机模拟结果表明,在未来的2000年内,气候变化将使这块区域的总面积增加7倍。(《自然·地理科学》,第二卷,第105页)。
即使我们不关心鱼类,那些鱼因为缺氧而腾出来的空间也可能成为能够排放氧化亚氮的细菌生存的“温床”,氧化亚氮同样是一种强大的温室气体。研究这种反馈过程可能发生的严重程度并制定出应对策略将是气候科学家们在未来几年的当务之急。
(3)海洋观测:给海洋“通电”
地球上的海洋非常辽阔,未被开垦的地方充满了谜团。海洋在气候变化中到底扮演什么角色?地震如何在海底俯冲区内发生?海底地震释放出的能量为什么能够占全球地震释放能量的90%?海底和海底以下的生命是什么样的?
缺乏数据是解决上述问题和其他问题的“拦路虎”,但一个新项目应该可以改变这种状况。科学家们的海洋观测行动摒弃了以往基于船只远征带回数据的传统做法,而采用了给海洋“通电”的新方案,通过传感器组成的网络,将美国沿海区域、远至太平洋和大西洋的海洋表面和海底串联起来,传感器收集到的科学和视频数据通过互联网不仅发送到实验室,还发送给学校和家庭。
这项工作自从去年开始一直在有条不紊地进行。接下来,与海洋的实时互动将成为我们探索地球最后边界的突破口。
(4)地球工程:更多干预是解决地球疾病的办法?
根据英国皇家学会的定义,地球工程指的是“通过故意大规模地改变地球的环境,来应对气候变化”。它包括两个方面:一是将进入大气层的太阳光反射回太空;二是消除空气中的二氧化碳并将二氧化碳储存到地下。
关于第一个方面,将能够反射太阳光的硫盐酸气溶胶注入上层大气中是一个相对便宜、简单、快捷的选择,火山爆发事件已经证明这种办法很有效。但如果不同时大幅减少二氧化碳的排放,这样的项目就必须无休止地进行下去,因为一旦项目暂停,地球的温度就会急剧上升。它也会干扰给几十亿人亚洲人带来雨水、给亚洲农田带来“甘露”的季风。这些未知的因素使国际之间难以就这些措施达成协议。
相比较而言,二氧化碳捕获和存储技术(CSS)在政治上的分歧似乎微乎其微。但这些技术与注入气溶胶技术相比还不成熟,而且也比较昂贵,其好处可能需要更长时间才能显现。
牛津大学扎伊尔德商学院科学、创新和社会研究所主任史蒂夫·雷纳表示,这种二分法是地球工程问题的核心。地球工程的可能性代表着科学与自然关系的一个全新领域,但我们也应该谨慎行事,牢记之前忽视核能、忽视转基因作物带来的危害。
(5)地球扫描:地球下面是什么?
相比于地球内部,我们对外太空的了解更多。但地质学家现在可以听到整个地球最微小的震动发出的隆隆声。分析这些震动的速度和强度可以夯实我们对地底的了解。
例如在北美洲开展的USArray(台阵)项目就是其中一个雄心勃勃的计划,旨在探测北美大陆的结构、变形及演化过程。滚动台阵由400个宽频带地震台站组成,以从西向东滚动的方式扫过整个北美大陆内部,它揭示了黄石国家公园地下的超级火山如何从地底1000公里深处的炽热地幔中获取热量。还有其他项目展示了印度大陆如何支撑起整个喜马拉雅山脉。
2011年,科学家们将登上日本一艘名为“地球号”的深海钻井船,他们希望通过钻开一块薄的大洋地壳到达地球的地幔。如果该计划取得成功,我们将首次直接探测到岩石如何在地幔中循环并同地幔混合在一起,以及地幔这口翻腾的大锅如何让板块形成并最终形成地球表面的。所有这些都是与我们这个未知星球有关的重要问题。
生态学
如果你认为进化仅仅关注的是个人将其基因遗传给后代以便为织起一个稳固的生命之网和财富之网而做好准备的话,那你就大错特错了。
(6)生物造成的气候变化:地球的进化
在大约10亿年前到5亿年前时,地球历史上经历过一段奇异旅程。在这段旅程的最开始,现代真核生物繁荣昌盛,但它们仅仅只作为单核细胞而繁衍生息;而在这段奇异之旅的终点,世界同现在的世界非常相像,到处都是巨大的植物、无脊椎动物和鱼类。
生态记录显示,在这两个节点之间,地球也在极端热的时期和成为“雪球地球”(距今大约6.35亿年前地球被冰雪所覆盖)的冰川期之间疯狂地来回摆荡。传统的观点认为,诸如大陆架之间的碰撞等地质过程造成了这种气候的不稳定状态。然而,现在有越来越多的人意识到,生命进化过程中的反馈起着关键的作用。
例如,有人会问,雪球冰川可能是由多细胞海藻和海绵的进化引起的吗?这两种生物可能都依靠空气中的温室气体为生,它们对温室气体的消耗减少了空气存储热能的能力,但是,当它们死亡时,碳也将随之沉淀到海底。
雪球冰川会导致地球死亡,那么,地球最终会通过拥有直肠子的生物的进化产生的碳循环而生存下来吗?有一点令科学家既好奇又疑惑,那就是,雪球冰川在这些发明了碳循环的动物进化之前就广泛地存在,然而,当这些动物进化完成之后,雪球冰川从未曾出现过。
英国牛津大学的微古生物学家马汀·布拉西尔表示,这样的问题不仅仅是科学家的奇思妙想。当我们试图探究我们自身对于地球气候的影响时,这些问题给我们提供了一个新的思考维度,让我们从新的角度来审视地球的历史以及在地球上生活的生物的作用。
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