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        “時(shí)間膠囊”揭開弗雷澤河的秘密

        2018-06-05 12:38:52巖雪松
        黃河黃土黃種人·水與中國 2018年4期

        巖雪松

        弗雷澤河位于加拿大的西部。伍德霍爾海洋研究所認(rèn)為河流中有他們要研究的物質(zhì),他們稱之為“時(shí)間膠囊”,通過對“時(shí)間膠囊”的研究,科學(xué)家可以向人類揭示地球地貌和氣候變化的奧秘。

        科學(xué)家對弗雷澤河“時(shí)間膠囊”樣品的收集已經(jīng)持續(xù)4年了,科學(xué)家可以打開這些樣品,向人們展示一個碳的旅行過程,該旅程開始于大氣,在植物和礦物中移動,最后沉入海底。

        “時(shí)間膠囊”開始于二氧化碳,一種存在于空氣中的溫室氣體,雨滴吸收了一些二氧化碳,并轉(zhuǎn)化為碳酸,雨水?dāng)y帶著碳酸降落在巖石上,溶解掉部分巖石中的礦物質(zhì)??諝庵械奶歼€能夠被植物吸收,植物通過光合作用將碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。

        在完成這些過程的同時(shí),弗雷澤河穿越陡峭巖石區(qū)、干旱低草的高原和稠密的雨林,攜帶著巖石礦物質(zhì)和植物碎屑流入海洋,最終在海床上堆積。

        放射性原子在巖石的礦物質(zhì)中緩慢衰變,能夠記載巖石的年齡。科學(xué)家對放射物質(zhì)的研究,能夠告訴人們弗雷澤河的河水是來自上千萬年的落基山脈,還是來自上百萬年的海岸山脈。通過對弗雷澤河水樣和泥沙的分析,伍德霍爾海洋研究所的科學(xué)家可以跟蹤河流所攜帶物質(zhì)的起源,并能夠確定不同地區(qū)吸收空氣中二氧化碳的多少??茖W(xué)家能夠?qū)⒏鞣N信息拼湊在一起,了解巖石和植物顆粒如何被輸運(yùn)到海洋的,最終了解這一過程如何影響地球的氣候變化。

        放射性元素鍶

        故事開始于弗雷澤河的源頭水源,該水源來自于落基山脈和海岸山脈的季節(jié)性冰雪融水,弗雷澤河流域某處的降雪或者降雨,都會吸收空氣中少量的二氧化碳,二氧化碳與水化合形成碳酸,碳酸再與礦物質(zhì)中的鈣和硅反應(yīng),化學(xué)性地轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}、硅酸鹽,就像糖一樣溶解在水中??茖W(xué)家將這一過程稱為“氣象化學(xué)”過程,能夠有效地將巖石顆粒溶解并輸送到弗雷澤河中,這些巖石顆粒就是科學(xué)家所說的“時(shí)間膠囊”。

        巖石中的礦物,絕大多數(shù)由碳、鈣、硅和氧元素組成,它們呈現(xiàn)出幾何框架結(jié)構(gòu),時(shí)不時(shí),有一兩個元素會從幾何框架結(jié)構(gòu)中掙脫出來,元素掙脫后形成的空位會被其他游離元素取代。鍶就是一種游離的元素,它會穿透礦物質(zhì)微觀的框架結(jié)構(gòu),到達(dá)以前碳所在的位置,這為科學(xué)家研究河流的起源提供了機(jī)會。

        鍶有一種特別的放射性同位素,即鍶-87,它是由銣-87放射性衰變而來,銣-87需要經(jīng)過上百萬年的衰變,才能在礦物質(zhì)中形成能夠測量到的鍶-87。因此,科學(xué)家能夠利用鍶-87的測量數(shù)據(jù)來確定河流的起源。當(dāng)科學(xué)家收集弗雷澤河中的水樣時(shí),就能夠知道這些水樣的礦物質(zhì)是來自更老的落基山脈,還是來自年輕的海岸山脈。

        碳與氣候的關(guān)系

        由“氣象化學(xué)”所產(chǎn)生的碳酸氫鹽,也有重要作用。當(dāng)這些碳酸氫鹽進(jìn)入海洋,一些進(jìn)行光合作用的海藻能夠使用它們制造自己的細(xì)胞壁和外殼,然后被其他海洋生物形成自己的貝殼。海洋生物死后,這些貝殼沉入海底并變?yōu)楹5啄嗌场R虼?,來自大氣的碳,通過河流進(jìn)入海洋,最后成為海洋泥沙。這個過程是一個非常有意義的過程,人類如果能夠加快這個過程,必然會減少空氣中的二氧化碳,這是一種導(dǎo)致全球氣候變暖的溫室氣體,因此,就能夠改變氣候變化的趨勢。

        對于成千上萬年的過程來說,如果“氣象化學(xué)”從空氣中搬運(yùn)二氧化碳的速度快于二氧化碳增加的速度,空氣中二氧化碳的含量將會逐漸減少,但是這種漫長的進(jìn)程卻被人類的工業(yè)化革命釋放的二氧化碳等溫室氣體所打破。

        當(dāng)然,還有其他方式能夠?qū)⑻紡目諝夂屯寥乐幸瞥@將是科學(xué)家對弗雷澤河研究的第二篇??茖W(xué)家們將會對河流泥沙進(jìn)行檢測,這些細(xì)小的顆粒賦予每條河流自身的泥沙特征,科學(xué)家將巖石細(xì)小顆粒在河流中的移動稱為“氣象物理”。泥沙還輸運(yùn)有機(jī)碳,主要是一些死亡動植物的殘余、細(xì)菌和藻類,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),這些有機(jī)碳在運(yùn)輸途中被其他動植物有機(jī)組織吸收,還有一些被持續(xù)輸運(yùn)到河流下游,并最終到達(dá)海洋。碳只有能夠完成從空氣到海洋全部旅程,才是研究人員所需要的有效的碳移動方式。

        自由流淌的河流

        對研究人員來說,弗雷澤河不僅僅是一個研究對象,這個流域?qū)嶋H上也是一個縮小的北美大陸,該流域有冰雪覆蓋的山峰、高聳的高原、蔥郁的雨林、狹窄的平原。它是通往過去的窗口,很多小鎮(zhèn)過去一直從事鐵路修建、采礦和伐木,然而,該條河流回饋給人們最珍貴的禮物,就是告訴人們可以以另一種方式來利用自然資源。

        科學(xué)家對弗雷澤河的考察,使他們堅(jiān)信弗雷澤河流域的情況比華盛頓州要好。橫跨加拿大國土,研究人員以新奇的眼光發(fā)現(xiàn)了弗雷澤河的姊妹河——哥倫比亞河。哥倫比亞河展示了弗雷澤河可能要遭受到的命運(yùn),從20世紀(jì)30年代起,哥倫比亞河承受來自人類尋求廉價(jià)水電、核電和灌溉用水的壓力,被諸多的水電站重重控制,如果水電工程師不同意放水,河流中可能會沒有一滴水,河流上曾經(jīng)出現(xiàn)的壯麗鮭魚洄游,已經(jīng)不再有。

        相對于哥倫比亞河,弗雷澤河的情況要好一些,目前弗雷澤河還處于自由流淌的狀態(tài),盡管該河流的水力發(fā)電潛力巨大。但是,目前該河流仍然面臨諸多環(huán)境挑戰(zhàn),包括一種很嚴(yán)重的甲蟲感染,在過去的10年,該流域的甲蟲感染已經(jīng)吞噬掉了北方大片森林,還有越來越多的水電建設(shè),鮭魚的洄游也不穩(wěn)定。

        相對于世界其他河流,弗雷澤河仍然處于天然流態(tài),河流的主要影響因素只有冰雪融化和海岸風(fēng)暴,海岸風(fēng)暴時(shí)常進(jìn)出該流域和太平洋,造成降水,當(dāng)冰雪消融,冰雪融水會形成洪水,沖刷土壤、巖石顆粒、植物殘余,并且將前一年的碎屑沖入海洋。

        春天,當(dāng)科學(xué)家在弗雷澤河入??跍y船的甲板上采集水樣時(shí),他們發(fā)現(xiàn)河流中漂浮著房屋大小的一棵樹,曾經(jīng)光禿禿的流域內(nèi)陸山谷已經(jīng)被蔥郁的樹林覆蓋。到9月份,季節(jié)性降雨會浸泡流域的低洼地帶,冬季會有降雪來臨,而雨雪都將會成為第二年的洪水的組成部分,被沖入河流并進(jìn)入海洋。

        是這些美麗的自然過程將科學(xué)家吸引到弗雷澤河,科學(xué)家試圖撬開河流泥沙中蘊(yùn)含的奧秘,弗雷澤河的河水和泥沙流淌到哪里,“時(shí)間膠囊”的種子就會布撒到哪里,科學(xué)家將會追隨到哪里。

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