原创 onlystroll The Nautilus 2021-06-09 10:10
前言：该《地球：海洋与人类》系列内容共分为4部分，因篇幅内容较多，为方便大家阅读，现将各部分分篇推送。地球（Earth）是太阳系由内及外的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。地球形成至今已有约46亿年的漫长历史，而且仍然处在不断运动演化之中。
自古以来，人类对所居住的星球形状有着强烈的好奇心和探究欲望。随着生产活动和科学实践的不断发展和进步，人类对于地球外形的认知也经历了“圆球形”→“椭球形”→“梨形体”三个阶段。早在公元前350年左右，亚里士多德就根据海上来船先露出船桅后现船身的现象，推测地球是球形的。但直到公元1522年麦哲伦及其伙伴完成了绕地球一周的航行壮举，这一观点才彻底被世人所接受；公元17世纪，牛顿根据万有引力定律，再次颠覆性地提出地球是一个赤道较为凸出，两极较扁平的椭球体概念。该结论直到1735年才被巴黎天文台通过大规模的实测所证实；然而近代以来，随着科技的不断进步，尤其是人造卫星的成功发射，大量的卫星观测数据以及大地测量工作的进行，人类终于揭开了地球的面纱，得以获知地球的自然表面并非光滑，珠穆朗玛与马里亚纳海沟之间的高差达近20km，同时也得以精确获取了有关地球形状的各项参数：- 表面积4πR2：510,064,471.9 km2
出乎意料的，南极表面比基准面（即，大地水准面）凹入25.8m，而北极比基准面凸出18.9m，赤道到南纬60°之间略高、到北纬45°略低。因此，严格意义上，地球的真正形状其实是近似“梨形体”。然而由于地球凸凹量与其半径相比极为微小，从外太空俯瞰地球，映入眼帘的依旧是一颗浑圆、温润的蓝色球体，因此也被冠以“蓝色星球”的美誉。1.1 圈层结构
根据牛顿定律，高速旋转的物质在引力作用下发生收缩时，会受到来自物质内部的抵抗力。如果旋转的天体的密度及质量过大，那么只有当其以球状分布时，才能得在压力状态下保持平衡，以防止内部进一步塌陷。因此，在外太空近乎真空的状态下，大质量的星体在万有引力的作用下，总是趋向于形成球体。地球的“梨形体”形状也恰恰证实了，其内部并非均质体。地质学及地球物理学研究证实，地球其实是由不同状态和不同物质成分的同心圈层所组成，我们习惯将地面以下的圈层称为内部圈层，地面以上的圈层称为外部圈层。前者主要根据地震波速的不同进化划分，依次为地核（内核、外核）、地幔（上地幔、下地幔）和地壳；后者依据其物质特性又可分为水圈、大气圈、生物圈及地外磁场等维系地球生命的独特组成。这颗具有圈层结构的蓝色星球，是目前宇宙探测中发现的、仅有的存在已知生命的天体，是包括人类在内，上百万种生物的家园。
1.2 蓝色领土
通过墨卡托、高斯克里格等投影方法，将这个赤道略宽、两极略扁的不规则梨形体投影到平面上的话，我们会发现整个地球基本都是被海洋所包围，其中仅有约29%为陆地出露，其余71%均被海洋所覆盖。有研究数据表明，海洋产生了地球上至少50％的氧气，是全世界超过10亿人口的主要蛋白质来源。雨水、河流、地下水，甚至是天气和气候，都是由海洋提供和调控的。海洋不仅是地球生物生存繁衍的家园，更是通过海水温度、化学成分、洋流等，驱动和维护着全人类居住的地球系统。海洋作为地表巨大的水体组成部分，既是陆表水的主要供给来源，同时也是一切陆表水的汇聚场所。人们习惯将近陆者称为“海”，远陆者称为“洋”，海洋是两者的总称。前者面积较小，水深相对较浅，依据地理位置可进一步分为内陆海（比如，渤海）、边缘海（比如，东海）和陆间海（比如，地中海）三种类型；后者水域面积广大，水深一般大于3000m，具有独特的水文及海流特征，分别是太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋和南大洋。虽然，日常生活中通常将海洋作为一个名词使用，但严格意义上讲，“海”与“洋”在地壳性质、地形地貌以及气象水文等诸多方面都有着显著的不同。- 海：约占海洋总面积的9.7%；除少部分具有洋壳性质外（日本海和南海部分地区），多数为陆壳基底；主要发育有大陆架、大陆坡、岛弧-海沟地形；水文要素受大陆影响，有明显的季节变化；水色低，透明度小，无独立的潮汐和洋流系统，潮汐由大洋传入，潮差显著；有自己的海流环流形式。
- 洋：约占海洋总面积的90.3%；基底为洋壳；主要发育有深海平原、平顶海山、深海盆地，大洋中脊等地形；其盐度、温度等不受大陆影响，盐度平均为35‰，年变化小；具有独立的潮汐系统和强大的洋流系统。
与陆地拥有着丰富的地形地貌一样，海底同样也有高耸的海山、起伏的海丘、绵延的海岭、深邃的海沟和坦荡的深海平原。此外，在纵贯大洋中部的还存在着绵延数万千米的大洋中脊，总面积堪与全球陆地相当。- 大陆架：可以理解为是大陆沿岸土地在海面下向海洋的延伸，一般从海面至大约200米深的海底，平均坡度很小。
- 大陆坡：陆架往下，坡度突然增大的区域，介于大陆架和大洋底之间。其坡脚部位往往是大陆型地壳与大洋型地壳的分界线。
- 大陆裙（陆基，陆隆）：陆坡基部大面积的、平坦的、由陆源堆积而成的沉积裙。
- 岛弧与海沟：大洋边缘狭长的海底地带，具有陡的侧壁和较大的深度。
其中，大陆架蕴藏着有丰富的矿产资源，尤其是已探明的海洋石油储量是整个地球石油储量的三分之一。因此，对大陆架的划分和主权的拥有，一直是国际上十分重视和争议激烈的问题。《联合国海洋法公约》中规定，沿海国的大陆架包括陆地领土的全部自然延伸，其范围扩展到大陆边缘的海底区域，如果从测算领海宽度的基线起，到大陆边缘外界不到200海里，陆架宽度可扩展到200海里；如果到大陆边缘超过200海里，则最多可扩展到350海里。1.3 生命家园
地球由于处于太阳系的特殊有利区域，孕育了大量的生命。从细菌到单细胞，从单细胞到复杂生命，这之间的历程承载了46亿年的地球历史。地质学家在不同时代地层中发现的各种动植物化石，也证实了我们这个星球上曾经出过多次的生命演化活动。地球上最古老的生命记录被发现在格陵兰岛的古老沉积变质岩中，距今大约38.5亿年，主要为一些生物合成的有机碳。蓝绿藻是目前人类已知的、最古老的原核生物，形成距今约有35亿年的历史，全世界存在2000多个种类，在海域广泛分布。由于其进化出了能够进行光合作用的特性，经过其长达15~20亿年的持续改造，终于将原始地球中的氧气含量逐渐提升到了10%~15%，并促使一些原核生物进化成真核生物。此后的漫长地质历史时期，地球一直都是该类生物的乐园。直到6亿年前的震旦纪，多细胞生物开始出现并演化出了很多门类，生物演化进入了一个新的历史阶段；显生宙（5.42亿年以来）生物演化迅速进入了繁盛期，尤其是5.3亿年出现了寒武纪生物大爆发，各种无脊椎动物、软体动物、环节动物和管状植物相继出现，逐渐占领了海、陆、空领域，形成完整且连续的生态环境；然而，在4.4亿年前的奥陶纪末期，出现了地球上第一次生物大灭绝事件，超过85%的生物在数十万年内消失。类似这样的生命大爆炸和生物大灭绝事件，在地球长达46亿的历程中上演过多次，从没有那个物种能够一直统治着地球。当然，人类也不会例外。尽管人们对于近代生物的演化，普遍接受了达尔文关于“生物进化论”的观点，然而生命究竟是怎样起源的？这个问题依旧存在着多种臆测和假说。现在学术界普遍接受的是由物种起源和米勒实验（Miller–Urey experiment）为理论基础的化学起源说。该假说认为：早期的地球是炽热的球体，地球上一切元素呈气体状态。随着地球的慢慢冷却，原始大气中的水蒸气凝固变成海洋。在宇宙射线、太阳紫外线、雷电、火山等作用下，空气中的无机物经过复杂的化学变化，转化为一些有机小分子，随着降雨汇入原始海洋。这些有机小分子经亿万年的相互作用及能量积累，形成了较复杂的有机大分子物质，如原始蛋白质、核酸等。研究表明，早期地球的大气中二氧化碳含量极高，氧气很稀薄。直到距今约35亿年的元古宙初期，在海洋中出现的藻类及部分细菌经过不断的光合作用，制造了大量的氧气，才开始衍生出现一些具有真正细胞核的真核生物，例如原始海绵和类水母生物。 据粗略统计，世界海洋生物种类的数量约有20多万种。这些生物分布在海洋的各个角落，除了近海区域生存繁育着大量的海洋生物以外，目前人们已经在3000m水深的海底发现了贝类、在5000m水深的深海盆地发现了底栖动物，甚至在6000m的海底热液喷口周围发现了生活在380℃高温环境的生物群落。近海珊瑚礁区：在热带、亚热带海洋中，由造礁珊瑚的石灰质遗骸和石灰质藻类堆积而成的礁石，为许多动植物提供着赖以生存的生活环境，其中包括蠕虫、软体动物、海绵、棘皮动物和甲壳动物类。作为全球初级生产量最高的生态系统之一，珊瑚礁养活着约四分之一的海洋物种，是地球生态系统必不可少的一部分。- 海底热液喷口区：生活于海底热泉口和冷渗口，与硫氧化细菌共生，利用H2S、CH4以化学合成作用进行初级生产，制造有机物的海洋生物群落。目前发现的有巨大管状蠕虫和滤食性的蛤、肉食性的蟹等动物。
尤其是热泉和冷泉生物群落的发现，揭示出了在没有阳光、没有光合作用的深邃海底竟然存在着充满生机活力的生物活动。这表明，太阳并不是地球生物圈生物的唯一能量来源。由此引发人们的诸多思考，比如除了化能合成能源外，是否还有可被生物利用的能源？深部生物圈是否是地球生命的起源？目前这个圈层是否还在创造生命？近几十年来，国际上针对深海生态系统开展了大量的调查研究工作，包括有全球海洋生态系动力学研究计划（Global Ocean Ecosystem Dynamics, GLOBEC）和国际海洋生物普查计划（Census of Marine Life，CoMI）。前者是由海洋研究科学委员会和政府间海洋学委员会1991年发起的，研究全球变化对大洋生态系统主要种类的海洋种群丰度、多样性和生产力等影响的国际海洋科学研究计划。后者是国际上第一个针对全球海洋生物多样性及相关控制过程进行系统研究的大型计划，其主要目标是评估和解释海洋物种的不断变化的多样性、分布和丰度，从而了解海洋生命的过去和现在，并预测其未来的发展趋势。
