阳光与水——生命之源

热带上空,海水蒸发形成的云。降落到陆地上的淡水有90%都来自海洋生成的云。

地球上所有的生物归根结底都靠两个关键要素——太阳能和液态水。长久以来,这一观点被广泛接受。直到1977年,深海探险家在海底灼热的火山口周围发现了一种全新的动物生态系统。海底3000米的地方一片漆黑,但这一群落却像最富饶的珊瑚礁一样多产,当时没有人知道它们是如何获取能量的。最终有人发现,这种特殊的细菌是从火山口喷发出的硫化物中摄取自身所需的能量的。但即使是处于这一食物链中的动物,也不能脱离太阳生存。它们都需要利用氧气来消耗通过固氮菌提供的化合物,或是消耗通过食用细菌本身获取的化合物。这些氧气是由浅水中的植物利用光合作用制造的,而这些植物本身又通过太阳来获取能量。乍一看,火山口的生物群落似乎不需要太阳,但它们终究只能在太阳可以照射到的星球上生存。

水是地球生命的另一个必要元素。一头加州海狮在巨藻丛林里嬉戏玩耍——由于阳光充足,营养物质丰盈,海藻长得十分巨大。

地球上有各种各样数不尽的生态环境,从富饶的热带丛林到贫瘠的极地荒原,地形地貌主要随着阳光和水分这两个关键要素的变化而变化。地球各处接收到的太阳辐射能量各不相同。赤道附近获得的太阳辐射较多,因为太阳光在此处经过的大气路程比在两极的短。纬度越高,太阳高度角越小,这意味着等量太阳光所辐射的面积比在热带时要大。

陆地上可以被生物所利用的水资源分布十分复杂,但即便如此,其很大程度上还是受太阳的影响。地球上90%的淡水都来自海洋的蒸发,其中大部分来自近赤道的温暖的热带海洋,其余10%则来自江河湖泊的表面蒸发或是由植物释放。向上运动的热空气将水蒸气送入大气,水蒸气在这一过程中冷却凝结形成了云,然后被风吹散到世界各地。云究竟会在何处下雨取决于许多因素,但山体的存在起了关键作用。山体的阻隔迫使云爬升,水蒸气因此冷凝成了雨水。又由于大部分的太阳辐射都落到了赤道地区,因此我们会发现,在这里,上升的热空气绝大部分都携带着水汽进入了大气层。随着空气的上升和冷凝,瓢泼大雨便倾盆而至。这部分因为降水而损失了水分的空气,由于地球自转而发生转向,从赤道分别流向南北两侧。当它到较冷的高纬度地区时,便会下沉,正是这样的干燥空气形成了南北回归线两侧附近热带地区的沙漠。

海洋生物的种类和数量主要取决于太阳辐射能量的多少。太阳光能够照射到海面以下大约100米的深度,在这一深度以上,生存着90%的海洋生物。海洋生物群落的形成,关键取决于重要养分尤其是磷和氮的多少,并不取决于水源。尽管热带海洋接收的太阳辐射最多,但除了珊瑚礁和海草群落之外,大部分海域仍不富饶。这是因为这里的海水过于平静,大部分营养物质都沉于海底。海洋中物产最丰富的地方最有可能存在于波涛汹涌的温带海域,或是可以提供丰富营养物质的上升流海域。

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