生物决定气候系列之——冰川生物决定冰川的形成

代国林 · 发表于 2015-3-2 10:09:50

生物决定气候系列之——冰川
生物决定冰川的形成

每当全球生物所控制的云雾的形成以及水汽的输送，达到最畅通的地质时期时，高纬度及高原地区的积雪就会逐渐积累增加，以致形成冰川。而当，全球生物所控制的水汽，不能维系足够量的降雪时，即融雪量大于降雪量，冰川就逐步消失了。

生物出现17亿年之后，即距今21年形成了迄今为止所发现的第一次小规模冰川。而所有的三次大冰期，全部发生在距今9亿年的生物大量发生期间，而且无一例外的是，控制云形成和使其顺畅输送的生物大量发生期间。
不可否认的是大陆板块的位置的变化，对生物和冰川的影响也是很大的但不是决定性的，黄赤交角也许会对冰期的冰川进退有一定有限的影响，而全球生物群落的变化才是决定冰川形成与消失的决定性因素。

寒冷是大冰期的副产物

首先，冰川的主体由降雪积累而成的，不是积水成冰。也就是说有足够量的降雪才有可能形成冰川。
换句话说，就是寒冷不一定能形成冰川。相反，每次冰川形成之前的地质时期却是很温暖的时期。例如石炭纪——二叠纪大冰期，之前的石炭纪是生物大发生时期，也是主要的产煤期。这个时期的煤矿遍布几乎世界各地。同样石油也在这一时期高产出。第三纪也是各种生物繁盛时期，同时也是煤炭和石油高产的地质时期。
冰川很容易让人们联想到寒冷，其实冰川期一定是寒冷的。但是，寒冷只能维系冰川的存在，并不能产生冰川。因为，冰川的主体由降雪积累而成的。积雪达到一定程度不但挤压成为冰川。随着冰川的扩展对太阳辐射的反射和寒冷气流活动都会随之增加，这势必影响到全球生物的生存和全球气候。中间会出现冰川扩展，植被向赤道退缩，生物种群发生变化，到一定程度，冰川得不到降雪的补给，冰川又出现退缩，进而植被群落有向两极扩展，形成“拉锯战”。这就是小冰期和小间冰期形成的原因，关于这个问题不在此多讨论。
但，不能因此说成是“气候决定生物”，也不能说是寒冷形成了冰川。否则，本末倒置了。
只有在大量适时地形成，并被顺畅地输送到高纬度和高海拔地区，使得：
         降雪量＞融雪量
才能形成冰川。
问题就回到云的形成和输送的古老问题上来了。

云的形成与输送
  冰川的主体由降雪积累而成那么降雪的两个重要因素：云雾的形成与输送机制是一个重要环节。
笔者对此研究并不是很透彻，需要与各位看官共同探讨，期待您的指正。
首先，没有凝结核云雾在自然界无法形成。德国人实验证明：当空气中水分达到400以上时才出现凝结现象。而在自然界这是不可能的事实。大概一百多年前英国人艾根经过试验初步证明，凝结核是大气中的尘埃。
艾根的实验，有待商榷，主要是当时的实验条件有限，即便是今天也很难做出大空间的实验。
有两个数据是无法满足的。一是，数量不够。1亿多/立方米云雾颗粒。即便是最浓重的沙尘暴，里面的颗粒全部达标（事实能成为合格的凝结核的比例很低）也无法满足这个要求。更何况，怎么“恰好”能聚积在低纬度海域，同时出现呢？如果，您感兴趣仰望天空，尤其是您在沿海地区，这一成云现象很普遍。低纬度海域尤甚；二是，云团大小有几百平方公里，甚至有几千平方公里，厚度在几百米到几千米不等，这是沙尘暴无法实现的。
笔者认为，凝结核有两个重要组成部分，且分布不均。
即：负离子和二甲基硫。
当然，陆地上的植被不但有负离子参与，还有孢粉的加入。负离子、二甲基硫和孢粉都是来自生物。空气中摩擦所产生的负离子的量不足。
云凝结核的主要成分之一——二甲基硫（DMS）的前身β-二甲巯基丙酸（DMSP）是浮游植物合成的，用来维持细胞与海水间的渗透平衡以防止脱水的物质，是海水浮游生物维持生命的必需物质
水汽的主要形式——云雾的输送，依赖下垫面的状况。毫无疑问的是，除了海洋，陆地上能维持其上空高湿度、低层大气稳定的就是森林、湿地、灌丛等原始植被。这些植被，不但得到了上峰处来的水汽的滋养，还能维系将“多余”的水汽向下风处输送，这样就将全球的水汽输送体系“建立起来了”，当达到一定顺畅程度时，两极和部分高山的积雪量大于融雪量，冰川随之形成。
我们来看仅有的三次大冰期，生物是如何上演这精彩的“大戏”的吧。
第一次大冰期
第一次大冰期，形成于震旦纪，也称之为震旦纪大冰期，此时是叠层石和埃迪卡拉生物群出现过的唯一一次极盛时期，且以小型低等为主的浮游动物出现并迅速扩展，使得DMS的释放总量达到了空前的高度。由于震旦纪的陆地面积小且分散，而浮游微古植物的丰度和分布广度却达到了较高的状态，导使得全球云量的产生最大和云的输送达到最畅通的状态，进而形成了范围最广、持续时间最长的第一次大冰期。
埃迪卡拉生物群出现的时间，且与叠层石出现几乎同步。这些生物与后来促成冰川形成的腔肠动物的代表珊瑚一样，都是在大冰期出现的大爆发。
与大多数的动物不同，埃迪卡拉动物，既没有头、尾巴、四肢，也没有嘴巴或者消化器官。它们可能是从周围环境中，而不是靠觅食来获得营养。它们身上可能会寄生着海藻。这种关系。自20世纪40年代以来，埃迪卡拉生物群在世界多个不同地方被发现，包括格陵兰、俄罗斯和纳米比亚。只是因为埃迪卡拉生物群的外壳柔软不容易遗留成为化石。
现代实验证明：关于捕食压力存在下，可使藻类DMS的释放量增加，即浮游动物在时，浮游植物释放DMS的速率是浮游动物不在时的十倍。也就是说由于埃迪卡拉生物群的出现使得海洋生物释放凝结核的量和释放时间都有了适合云雾大量形成的条件。
叠层石则主要由蓝-绿藻和细菌组成的，其生存环境与珊瑚（其后5~6年出现）相近同样生长在低纬度浅海海域。不难想象的是，加上叠层石的空前绝后的形成，为云的空前的形成提供了条件。而此时的大陆面积小，多分布与赤道两侧，便于水汽输送。这为地球诞生以来的第一次大冰期的形成提供了必要条件。
叠层石和埃迪卡拉生物群几乎伴随着整个第一次大冰期的全部过程，当这两大生物种群，被寒武纪的众多生物替代时，冰川随之消失。

第二次和第三次大冰期的形成
石炭—二叠纪和第四纪的两次大冰期有着明显的共性特征。即珊瑚的大爆发（仅有的两次）和陆地阔叶森林植被覆盖达到高峰。
根据食物链的原则，以微小浮游生物为主要食物的珊瑚大发生可以证明DMS大量的释放。而珊瑚属腔肠动物，具有消化腔短小、食物停留时间短、吸收含硫物质较少等特征，且珊瑚释放DMS可在群落上空形成的云雾，这对其生长、发育和繁衍有重要意义。
在赤道的强光和对流的作用下，DMS的集中释放有利于云团的大量形成。而生长在低纬度海域的珊瑚礁和叠层石却能够使DMS大量、集中地释放。此地质时期，海洋生物群落已经与陆地生物群落，形成了构建整个地球水汽循环的完全和全面的控制。
石炭纪——第二次大冰期形成的前夜。巨大的蕨类植物如鳞木类、芦木类、木贼类、石松类，遍布各地且首次在地球上形成森林，也形成了今日的煤炭。
而第三纪——第三次大冰期的前夜。被子植物进一步发展且占优势，世界各地均出现大面积森林。
无论是石炭-二叠纪的高大的蕨类植物还是第三纪至今的高大被子植物，它们所形成的森林，都是遍布全球的高峰期。而它们最大的特征都具有自身含水量大（在70%以上），都是8~24小时，必须更换所有的水分，这就使得它们，与空中水汽交换频繁，也只有这样才能维系其生命。这势必导致全球水汽输送的高度畅通，这就为冰川的形成奠定了基础。
再有，这两次大冰期的森林，都是枝繁叶茂且叶片薄而宽大等有利于蒸腾的共同特征。尤其蕨类植物在构建畅通的水汽通道的同时，也逐步进化成更适宜潮湿、弱光的条件下生存。这些生物特征都佐证了，全球水汽通道畅通的事实。
大冰川结束的原因
水汽通道下的所有生物群落，不但支持、维系水汽的输送状况，同时也利用水汽通道使之逐渐适应这种环境。一旦，影响释放DMS的生物群落突然减少，水汽通道源头的云量锐少，不但使适应了近亿年的生物群落出现集群绝灭，也加快了冰川的结束。
释放DMS的生物群落减少的原因尚不是很清楚，但前两次大冰期结束时，均出现不利于叠层石和珊瑚群落的因素，如低纬度海域面积减少，洋流巨变等。
第二次大冰期结束，原因相对简单一些，即是超级大陆的形成，低纬度海域的洋流完全被阻断，浅海海域的珊瑚得不到养分的补给和适宜的生存环境，珊瑚群落遭到灭顶之灾。DMS产生量锐减。同时，陆地的蕨类植物群落，得不到水汽的补给，应经适应了这种畅通水汽输送的生物群落，无法适应导致绝大多数灭绝。原有的维系全球畅通水汽输送的体系彻底瓦解。第二次大冰期结束。
而第三次大冰期，也就是我们现在所处的第四纪大冰期。却是人类破坏了陆地生物群落，导致冰川消退速度大大加快。换句话说是我们人类打乱了大冰期的发展的节奏。
新石器时代以来，支持水汽输送最主要的植被——森林遭到人类巨大的破坏。使水汽输送逐渐出现不同程度的阻滞，这直接导致北半球云遮蔽度的减少（反射减弱），尽管沙漠大面积出现，但是沙漠对太阳的反射率远不及云雾和冰川。冰川得到降雪补给减少，气温却在升高，加快了北半球冰川融化的速率。同时被阻滞的水汽不仅导致全球性降水不均，同时仅那些携带巨大潜热能的水汽在陆地上空局部区域大量地聚积容易形成龙卷风；而在低纬度海域大量聚积，则容易演变成土地荒漠化、局部干旱、暴雨和台风频仍等气候灾害。
结论
生物对冰川的形成和消的影响是决定性的。可以利用生物群落控制水汽输送的功能，在全球有计划恢地复植被，用以解决全球性水资源短缺、极端气候频发和遏制冰川融化过快等问题。
研究探讨
1、最后两次大冰期，森林所起的作用愈加重要，尤其对大冰期内，冰川的进退——小冰期的影响，至关重要。这对我们研究今天的冰川至关重要。以此，为成立全球性机构合组织，全方位立体监测研究水汽的形成与输送的状况，关系到人类的今天与未来。
2、成云机制的深入研究。主要是藻类、植物形成并释放负离子和其他凝结核的机制。这对于研究人工降雨意义非凡。

3、成云时间段：即珊瑚没有大爆发的地质时期。也就是说近9亿年来，没有大冰期的地质时期的气候状况。例如，恐龙时代气候，尤其白垩纪初步推测应该是“雾多云少”，从恐龙和同时代的其他动植物的结构和生理可以推测，并为其他学科的研究提供更多有价值的可借鉴的理论基础。

交流

《生物影响冰川的研究》一文发表在辽宁科学学院学报2009年第四期。
这篇论文的结论：生物对冰川的形成、消失和进退的影响是决定性的。可以利用生物群落控制水汽输送的功能，在全球有计划恢地复植被，用以解决全球性水资源短缺、极端气候频发和遏制冰川融化过快等问题
可能是由于图表所占的字符过多的原因吧？导致无法在博客上发表，只有委屈各位看官了。
不是因为，在全世界已有的100多个有关冰川形成的理论中，终于听到中国人的声音了，而感到高兴。而是我们决不能将冰川问题简单而轻率地归罪于二氧化碳身上，在哥本哈根煞有其事地开什么全球气候大会。我们连根本的问题都没有研究清楚……。即便是解决了二氧化碳问题也无法改变冰川融化加快的问题！因为单单用影响气候的一个简单的指标——温度去谈论或研究由生物所控制的气候，过于幼稚了。
我们生存的地球上，就现在气候学所公认的影响气候的重要因素无一不是受到生物的影响，例如大气成分、大气环流和辐射，而这些生物在近8亿年来却发生了巨大变化。也正是它们的巨大变化带来冰川的形成、进退和消失的剧烈变化，关于这些冰川的具体问题在《生物影响冰川的研究》一文中有详细描述，在这里就不在重复。
为什么47亿年来，所有的三次大冰期都发生在最后的8亿年里呢？
显然所有的有关宇宙等规律的理论都是无法解释的，更何况什么‘黄赤交角’呢？而一个科普性的现实是从这个时代生物出现了巨大的变化，即出现有丝分裂、动植物分化、低纬度生物大爆发等等，并且一直到生物大量登录遍及全球……。
由于生物的变迁，当然大陆板块的漂移对生物的影响不小，也直接间接地影响着冰川的形成与消失、进退等。但是，新石器时代以来，支持水汽输送最主要的植被——森林遭到人类巨大的破坏。使水汽输送逐渐出现不同程度的阻滞，这直接导致北半球云遮蔽度的减少（反射减弱），冰川得到降雪补给减少，气温却在升高，加快了北半球冰川融化的速率。同时被阻滞的水汽不仅导致全球性降水不均，同时仅那些携带巨大潜热能的水汽在陆地上空局部区域大量地聚积容易形成龙卷风；而在低纬度海域大量聚积，则容易演变成台风。

            期待您的斧正。

                        代国林（草）于沈阳的办公室
               2015-2-16

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