一个与我们相伴相依、休戚与共和耳熟能详的名字——生物质,却有着它鲜为人知的一段精彩传奇。从地球奇迹到人类文明,从可持续发展到绿色未来,从世界大势到中国奇遇,这部传奇已经写了40亿年,未来还会写得很久很久。
这次写《决胜生物质20年记》也想用过去说书人的“话说盘古开天地”,“生命,地球的奇迹”开篇。
1.1 生命,地球的奇迹
46亿年前,太阳系家族出生了一个绚丽的蓝色星球,称地球!
与其他星球相比,它的非凡之处是有水,71%的表面被海洋覆盖;更为非凡的是,刚诞生才几亿年就出现了生命。据现在所知,地球是宇宙中唯一存在生命的天体,正是生命为地球创造了奇迹。
物质与能量,是宇宙存在的基本形式。地球的公转自转,四季轮回,阳光雨露,风驰雷鸣,皆为地球物质与能量之物理与化学态运动。只有当地球上出现生命,天体才有了生物态和有机化学态的物质与能量运动,这是地球,也是宇宙天体的一个多么重大的出现啊!
地质学家在格陵兰岛发现38亿年前的沉积岩里存在着光合作用产物,这是最早出现的生命迹象;又在澳大利亚西部35亿年前的岩层里发现由蓝藻组成的碳酸盐化石,这些都是以古细菌和真细菌形态存在的最古老的生物。经20亿年进化,有些细胞里竟惊现了叶绿体,一种含色素的有机体,它可以捕获太阳光和利用太阳光能合成自己的身体,将太阳辐射能转化为化学态能量,吸收、储存、传递与积累下来。 哦!原来,为地球持续提供能量来源的太阳辐射能是通过生物的光合作用吸收和转化为碳水化合物才保存下来的;原来是它们开创了地球的生物圈,太神奇,太伟大了!
这些含叶绿素的单细胞菌藻进化数亿年后,到距今7亿年前开始大量繁殖和出现多细胞生物。地质学家在澳大利亚的一个名叫埃迪卡拉的小山丘上的5.85亿年前的地层里发现了多细胞软体生物群,有的像光盘,有的像布袋,有的像水管,好像是一群婀娜多姿的少女在海水中婆娑起舞(图1-1)。只可惜,尚未确定它们是植物还是动物,就在地球上消失了,至今未发现它们后代的踪迹。
令人高兴的是,1997年中国地质学家在中国贵州省的一处与埃迪卡拉生物群时代相近的地层里,发现了一种保存完好的极小球状化石,引起了世界古生物学界的轰动。是海藻,是细菌,还是胚胎?这个谜团一直悬疑到2011年,才被中国地质学家破解,原来是一种多细胞菌体!
这种多细胞生物繁殖进化得很快,在三四千万年后的寒武纪地层里,居然出现大量而种类繁多的微生物、植物和动物化石,让地质学家惊诧不已,学术上称之为“寒武纪生命大爆炸”。最具标志性的进化是动物体内出现了由碳酸盐和二氧化硅等组成的“骨骼”,它们的代表是“三叶虫”(图1-1)。1984年,中国地质学家在云南省澄江发现最具代表意义的“寒武纪生命大爆炸”时期的生物群中,有藻类、海绵、腔肠动物、脊索动物、脊椎动物等16个门类的196种生物。甚至某些动物的消化系统和神经系统都保存完好。国际地质界命名“澄江生物群”,2012年被列入世界遗产名录。
生命伟大无穷,它已经不满足于海洋世界,而要向地球上所有能适合它生存繁衍的地方扩张。距今4亿年前,海洋生物登陆了!寻找到了它们生存与繁殖的新天地,也带来了地球陆地上相继出现的三次高等植物繁殖高峰。第一次是在距今2.5亿~3.6亿年间的石炭纪-二叠纪,主力是蕨类植物;第二次是在距今0.65亿~2.0亿年间的侏罗纪-白垩纪,主力是裸子植物;第三次是在距今0.65亿年前的早第三纪,主力是被子植物。植物这个大家族真是“人丁兴旺”,种类繁多,占据了地球陆地上所有它们能生存的地方。
动物界也不甘示弱,也从大海爬上了大陆。脊索的和脊椎的,卵生的和胎生的,地上爬的和天上飞的,无奇不有。惊异的是,一种叫蜥蜴类的爬行动物,登陆后繁殖进化极快,食草食肉者有之,二足四足者有之,大者体重百吨,小者如母鸡般。1842年,英国古生物学家理查德·欧文给它们起名“恐龙”,希腊文的意思是“恐怖的蜥蜴”。这个动物群统治地球大陆长达2亿年之久。
数亿年间这么多的大型动植物,死后尸体怎么办?是不是会堆成山,把地球给掩埋掉?
不会的,有一种好氧性微生物,它的生存和获取能量来源是对有机残体一步一步地分解,最后只剩下二氧化碳与水,遁失于大气与水中。也就是说,除了残骸外什么也没有存下来。更奇妙的是,在供氧不足或直接处在水淹水渍的嫌气条件下,厌氧性微生物将有机残体进行还原反应与合成反应,形成由各类腐殖酸组成的泥炭。
请记住“泥炭”这个非常重要的词汇。
集聚在陆地低处的泥炭,越来越多,越来越厚。在漫长的地质年代里,它们会被泥沙等无机沉积物掩埋,又随着地壳的沉降与隆起、坳陷与褶皱等地质构造运动而被掩埋在地下几十米、几百米、几千米。处在高温高压下的这些有机物质,逐渐进行着氧及杂原子的不断脱落和碳元素逐渐富集的物理化学过程,富集着太阳辐射赋予它们的能量,生成了煤炭及
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