当大陆再次聚在一起，哺乳动物（和人类）或将迎来末日

2023-10-28 14:10

图片来源：Pixabay

生命的变迁将漫长的地球历史划分成了一个个章节，每个章节似乎都有着自己的“主宰者”。但同所有的大灭绝事件一样，哺乳动物终有一天也将迎来末日。最近的一项研究给这个末日写下了一个具体的时间：2.5亿年。

撰文 | 二七

审校 | clefable

6600万年前的某一天，一颗小行星从天外呼啸而来，撞上了如今的墨西哥尤卡坦半岛，在地球上砸出了一个40千米深、160千米宽的巨坑。从那一刻起，中生代伴随着恐龙的咆哮在混乱中结束了。

根据今天的推测，从这颗小行星撞击地球开始，火山喷发、海啸和野火肆虐，烟尘滚滚遮天蔽日，整个地球陷入了长久的黑暗。植物无法进行光合作用，森林衰退，食草动物首先失去了食物来源，食肉动物紧随其后，整个生态系统迅速崩溃——恐龙时代就这样结束了。与此同时，哺乳动物撑过了大灭绝的至暗时刻，迎来了它们走向繁盛的重大转机。

如果将时间向前推，在更早一些的3亿多年前，地球上的大陆汇聚成了一整块超大陆（supercontinent）——这块超大陆被称为“泛大陆”（Pangea），它的另一种翻译或许更符合当时的景象：盘古大陆。

约2亿年前的盘古大陆（图片来源：Fama Clamosa/wikipedia）

盘古大陆既带来了灾难，也带来了新的希望。在盘古大陆形成时，西伯利亚的巨型火山持续喷发，大量的岩浆和二氧化碳引起全球气温飙升，随后发生了地球历史上最严重的一次大规模灭绝事件——二叠纪末期大灭绝。整个海洋生态系统几乎被摧毁殆尽，80%以上的海洋生物消失，近90%的陆生脊椎动物和绝大多数植物就此灭绝。

然而，也正是在这场浩劫之后，大约2.5亿年前，恐龙和哺乳动物第一次在盘古大陆上出现，迅速填补了空缺的生态位。

盘古大陆

在另一个故事里，盘古大陆拥有更广为人知的身份——有关魏格纳与板块漂移的著名故事。魏格纳假设，在分裂并漂流到目前的位置之前，所有大陆曾形成了一个单一的大陆。1920年，他称这个大陆为Pangaea，这个名字来源于古希腊语中的“全部”（pan）和“大地母亲”（Gaea）。

尽管魏格纳对大陆漂移动力的解释存在问题，但大陆漂移的基本概念随后获得了广泛的认可。如今，地球表面分散的大陆仍在缓慢地移动。短时间来看，它们的移动速度甚至不及我们指甲生长的速度，但如果将时间尺度拉长，这样的运动就会定期彻底改写地球的外观。就像大约2亿年前，盘古大陆破碎，大西洋逐渐从大陆中央拉出一条缝，美洲与非洲和欧洲渐行渐远——地球逐渐变成了如今我们熟悉的样貌。

盘古大陆并非地球上第一次出现的超大陆。地质学家现在认为，大约每经过几亿年时间，分散在地球各地的板块就会聚集在一起，形成一个超大陆。而后超大陆又会再次分裂，构成了这样聚集-分裂-再聚集-再分裂的循环，每个周期大约需要4亿~6亿年。

因此我们有理由相信，两三亿年后，分散的板块又会聚集在一起。根据目前对板块构造的理解，科学家可以尝试预测这片新的超大陆会在哪里形成，以及它可能会是什么样子。其中一种假设被称为“终末盘古大陆”（Pangea Ultima）。在这种可能性中，大西洋内会形成新的俯冲带，俯冲作用会将大西洋洋底拉入地下深处。最终，大西洋将停止扩张，并开始闭合，将欧洲、非洲和美洲拉到一起。

下一个超大陆的几种可能猜测，“终末盘古大陆”（左上角）只是其中之一（图片来源：Hannah S. Davies）

这个模式最早由美国地质学家Christopher R. Scotese提出，最近，他参与了一项发表于《自然·地球科学》（Nature Geoscience）的研究。这项研究的结果显示，当终末盘古大陆真的形成时，会消失的不仅有大西洋，还有包括人类在内的绝大多数哺乳动物——如果人类那时还存在的话。

2.5亿年后的气候变化

分散的陆地重新拼合成一块超大陆，这乍听起来只会改变陆地的位置，但超大陆的形成其实会深刻地改变地球的气候。最直观的部分在于，伴随着板块的会聚和碰撞，火山活动将会排放大量二氧化碳，加剧地球上的温室效应。

长期来看，地球自有一套自我调节的办法：当造山运动形成了高耸的山脉，这里的岩石会更容易受到侵蚀和风化，这一过程就会消耗大气中的二氧化碳，平衡火山活动的排放。然而在这样一片超大陆上，大陆内部的气候可能会非常干燥，这会大大减慢风化的速度，也意味着地球大气中将暂时聚集起大量二氧化碳——这里的“暂时”只是相对地球历史而言，对于那时生活在地球上的物种来说，这段时间大概会持续几千年到几万年，长到令“人”绝望。

如今地球的大陆分布（左）与2.5亿年后可能的超大陆形态（右）（图片来源：University of Bristol）

与此同时，太阳光度还在不断增强，在大约2.5亿年后，会比现在高约2.5W/m²。温室效应、光照增强，再加上大陆性气候的影响，使得终末盘古大陆上的气候很可能会超过哺乳动物的生理极限。

如果想要更具体地想象那时的地球，或许我们可以想象大片面积更广、温度更高的撒哈拉沙漠。而在纬度较低的热带，高温加上高湿度将会带来更致命的结果。研究团队模拟了那时的气候条件，在忽略现在的人类影响的情况下，2.5亿年后地球上的二氧化碳浓度可能达到410~816ppm，这意味着地球大部分地区将要面临最低40℃，最高超过70℃的高温。

温度极限

“40℃~50℃的大范围高温，甚至每天可能出现的更极端的高温，再加上高湿度，最终将决定我们的命运。”这项研究的主要作者、英国布里斯托大学的Alexander Farnsworth表示，“人类，以及许多其他物种都会因为无法通过汗液降温而死亡。”

2.5亿年后地球最温暖的月平均温度估计值，最深的红色代表超过60℃（图片来源：University of Bristol）

哺乳动物出现于约3.1亿年前，经过了二叠纪末期的大灭绝并顺利存活了下来，这多亏了哺乳动物的一种重要能力：维持恒定的体温。这是一种对温度的适应能力，哺乳动物可以通过汗腺、运动和循环系统来释放多余的热量。

然而这样的能力是有极限的。在这项研究中，研究团队使用“Humidex”指数来衡量干热环境下的温度舒适度，这一指数主要基于干球温度和气压，当该指数超过45时表示“危险”（Dangerous），长时间暴露会导致中暑；而大于54时会导致中暑和濒临死亡。

对于较为湿热的低纬度地区，研究团队以湿球温度来评估环境的宜居程度。湿球温度与环境的相对湿度息息相关，当湿球温度超过35℃时，高湿度与高温度的组合会使人体难以通过出汗调节体温，人类在这样的环境中超过6个小时就会死亡。

当然，在考虑哺乳动物的生存环境时，也需要考虑到最低温度的限制。尽管许多哺乳动物可以忍耐零下的温度，但当气温长期过低，可能会影响淡水的供应，植物也会休眠，从而影响哺乳动物的水和食物来源。

综合考虑之下，研究团队将哺乳动物的生存区域设定为湿球温度低于34.5℃，Humidex低于45，并且每年至少连续三个月的平均气温需要高于0℃。

8%的未来

当将这样的限制加入到对2.5亿年后地球的模拟中时，计算结果给出了一个对哺乳动物来说颇为灰暗的未来。气候模拟结果显示，在工业革命前，地球上约66%的地表都适宜哺乳动物生存，而在终末盘古大陆形成后，只有不足20%的地区可以供哺乳动物生活。

280 ppm（左）和1120 ppm（右）条件下地球上的宜居区域分布（绿色部分）（图片来源：原论文）

研究者解释道：“二氧化碳的浓度达到280 ppm时，大部分热带地区将变得不适宜居住，而浓度达到1120 ppm时（工业革命前水平的4倍），这种情况会扩展到中纬度地区到高纬度地区”。事实上，按照模型的结果，在最高二氧化碳场景中，哺乳动物将只有8%的陆地可以生活，超大陆上仅有极细的一条高纬度沿海地区，可以成为哺乳动物的避难所——对于绝大多数哺乳动物来说，这无疑是一场灭顶之灾，是一场足以匹敌过去5次大灭绝的灭绝事件。

或许并不是所有哺乳动物都会消亡。正如6600万年前，虽然（非鸟类）恐龙消失，但鸟类幸存了下来，并在今天演化出了多种多样的物种。同样，我们或许可以寄希望于一部分哺乳动物能够忍受高温，从而存活下来。

但研究者担心的是，在地球历史上，哺乳动物的耐热能力演化得很慢。即使在著名的古新世-始新世极热事件（PETM）中，我们也没能看到哺乳动物耐热能力的明显变化。与此同时，根据此前的估计，在40℃~60℃的条件下，许多与光合作用有关的酶将会失活，伴随着光合作用衰竭，陆地食物链的基础很可能会率先开始崩溃。

如果说这项研究带来了什么好消息，可能是这为探索其他宜居行星提供了更多可能性。“太阳系内所谓的‘宜居带’可能不是最适合人类居住的，”Farnsworth表示，“这取决于这颗行星上的大陆是否像今天的地球一样分散，还是形成了一个超大陆。”当我们寻找下一个可能的家园时，那里的大陆分布可能会成为决定是否宜居的关键。

Make continent super again.

参考链接：

https://www.nature.com/articles/s41561-023-01259-3

https://link.springer.com/article/10.1007/BF00151270

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.0913352107

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921818118302054?via%3Dihub

https://en.wikipedia.org/wiki/Pangaea

https://www.eurekalert.org/news-releases/1002455

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