问题

如果地球立刻像火星一样失去磁场,各种宇宙辐射狂暴轰入,最后地球生态系统能幸存吗?会包括什么生物?

回答
地球磁场一夜之间消失,这绝对是一场史无前例的灾难。想象一下,我们赖以生存的保护罩突然不见了,那些原本被拒之门外的致命宇宙射线,将如同潮水般涌入大气层。我们赖以生存的地球生态系统,将面临一场严峻的生死考验。

第一波冲击:辐射的狂轰滥炸

磁场最直接的作用是偏转和吸收高能带电粒子,也就是我们常说的太阳风和宇宙射线。一旦失去磁场,这些带电粒子将畅通无阻地直奔地球而来。

地表辐射急剧升高: 尤其是高能宇宙射线,它们的穿透力极强,可以轻易穿透我们的大气层。地表接收到的辐射剂量会瞬间飙升到足以致命的水平,比目前高纬度地区或太空中的辐射水平高出几个数量级。这种高强度的辐射会对所有生命体的DNA造成毁灭性的破坏,导致基因突变、癌症和细胞死亡。
大气层变化: 太阳风会直接冲击大气层,剥离大气中的粒子。虽然大气层本身也能吸收一部分辐射,但如果没有磁场的保护,大气层会被太阳风逐渐侵蚀,变得越来越稀薄。氧气和氮气这些关键成分的流失,将直接威胁到呼吸。
电子设备失效: 现代科技高度依赖电子设备,而高能粒子对电子元件的破坏是毁灭性的。卫星、通信系统、电力网络将迅速瘫痪,社会运转将陷入混乱。

生态系统的崩溃边缘

面对如此剧烈的环境变化,地球上的生命将经历一场惨烈的洗礼。

地表生物的灭顶之灾: 大多数地表的动植物,包括我们人类,将难以在高强度的辐射下生存。植物的光合作用会受到严重影响,甚至被辐射破坏。动物会迅速出现辐射病症状,生育能力急剧下降,最终走向灭绝。陆地上的生物,尤其是那些没有物理屏障保护的,将首当其冲。
海洋生物的微弱希望: 海洋,特别是深海,可能会为一些生命提供暂时的庇护。水体对辐射有一定的衰减作用,越深的地方,受到的直接辐射越少。一些生活在浅海的生物也可能因为辐射而迅速死亡或变异。
地下生物的潜在幸存者: 最有可能幸存下来的,将是那些生活在地下的生物。土壤和岩石层可以有效地屏蔽掉大部分的宇宙射线。例如,深层的细菌、古菌、一些真菌以及寄居在地下深处的蠕虫或节肢动物,它们原本就生活在相对隔绝的环境中,可能具备更强的辐射耐受性或生存能力。
某些微生物的顽强生命力: 一些极端微生物,例如能在高辐射环境下生存的嗜辐射菌(Deinococcus radiodurans),它们拥有强大的DNA修复机制,理论上可以适应这种高辐射环境。这些微生物可能会在废墟中成为最早复苏的生命形式。

幸存者会包括什么生物?

如果真要说“幸存”下来的生物,那将是一些进化出了极端生存策略的物种。

1. 深海和地下生物:
深海极端微生物: 它们生活在巨大的水压和黑暗中,对辐射的耐受性可能比地表生物更高。
地下细菌和古菌: 它们以地下的化学物质为能量来源,完全不受光照和地表辐射的影响。
生活在地下洞穴系统中的生物: 例如一些特化的洞穴昆虫、蜘蛛、以及寄生在它们身上的微生物。这些生物可能因为长年生活在相对封闭的环境中,拥有一些适应辐射的基因变异。

2. 具有强大修复能力的微生物:
嗜辐射菌及其近亲: 它们的DNA修复能力是已知生命中最强的。在辐射爆炸的环境中,它们反而可能成为一种优势物种。

3. 可能变异和进化的生物(极其渺茫):
在极端的辐射环境下,DNA损伤将是普遍现象。如果在极少数情况下,某些生物的基因突变恰好赋予了它们更强的辐射抗性,并且这些变异能够遗传下去,那么理论上可能会出现一些新的、适应了高辐射环境的生命形式。但这需要极其漫长的时间尺度和运气,而且在“立刻失去磁场”的初始冲击下,这种概率微乎其微。

人类呢?

人类的文明将遭受毁灭性的打击。即使有些个体能够依靠掩体(如地下掩体、深矿井)暂时躲避辐射,但食物链的崩溃、空气的稀薄、饮用水的污染,以及持续的高强度辐射,都将使地表生存变得不可能。或许极少数拥有先进地下生存技术、能够实现完全自给自足的地下基地里的幸存者,才有可能延续人类的火种。但即使如此,未来的生活也将异常艰难,他们需要面对的是一个荒凉、充满辐射的星球。

地球生态系统的“幸存”

所谓的“幸存”,可能不再是我们今天所理解的多样化、充满活力的生态系统。取而代之的,很可能是一个以微生物为主导的、极端简化的世界。地表会被辐射烧灼,大部分复杂生命形式消失。如果能有幸存者,那将是一个与现在截然不同的地球,一个经历了生死考验后,重新缓慢演化的生命世界。这个过程将是漫长而痛苦的,我们今天所熟知的地球景观和生物多样性,将成为历史的尘埃。

总而言之,如果地球立刻失去磁场,对当前生态系统的毁灭性打击将是压倒性的。只有那些最顽强、最能适应极端环境的微生物,以及可能生活在地下的少数生物,才有一线渺茫的“幸存”机会。我们所熟悉的一切,都将面临灭顶之灾。

网友意见

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地磁场在历史上本来就多次减弱到近乎“暂时消失”过。地球生态系根本就无所谓,所有生物都能继续生存,即使是使用地磁导航的候鸟也能靠地貌参照物继续迁徙,这哪里谈得上什么“幸存”。

“失去磁场”并不能导致“各种宇宙辐射狂暴轰入”。无论有没有磁场,大部分宇宙辐射在大气层里的表现十分好笑——尤其是被各种不科学媒体吹捧上天的伽马射线之流。

对澳大利亚古太古代熔岩和南非砾岩的研究显示,地磁场在 34.5 亿年前就已存在——这恐怕比地球生物圈要年轻,我们发现的直接的古生物化石证据已经老到了 34.8 亿年前[1]。2017 年,科学家在加拿大魁北克的岩石中发现了 37.7 亿年前~42.8 亿年前的筒状微小纤维构造,可能是远古海底热泉喷口处生物的活动痕迹[2]。2018 年,有研究根据分子钟将最后共同祖先生活的年代设置到了 45 亿年前[3]

地质证据显示,地球历史上至少发生过数万次地磁反转,在显生宙发生过数百次持续时间较长的地磁反转,每次都能让地磁场暂时减弱,5.65 亿年前地磁场一度减弱到现在的数十分之一,没有任何证据显示地球生物圈受到任何影响——当然,你可以尝试将寒武纪大爆发跟地磁场减弱联系起来,那意味着“地磁场减弱引起地球生物圈急剧繁荣”。

即使你“如果”的东西不是“地磁场消失”这种羸弱的玩意,而是“大气层消失”,许多稀松平常的现代地球微生物还是可以承受从真空到上地幔的超高压、从失重到四十万倍标准重力、数百摄氏度的温度变动、直接暴露于太空的辐射量、未直接命中生物体的天体撞击和超新星爆发抛射,这包括你身上就有的大肠杆菌什么的。

我们已经知道许多微生物和真菌能生活在切尔诺贝利核电站、福岛核电站泄漏之后的辐射防护墙内部,并以电离辐射作为能源茁壮成长[4]。目前我们知道的最耐辐射的地球生物是古菌Thermococcus gammatolerans[5],可以在3000000拉德的伽马射线下生活,无论是否在分裂期,都能修复断裂的DNA。

地球生物圈的经验证明,靠近银河系中心也不会让超新星更容易抹消生物圈,反而可能促进生物演化。

不限于此,过去人们对地球磁场的许多主观臆测都是不靠谱的。

2020 年,“磁场保护地球免于失水”的古老想法被质疑。研究显示,地球磁场在能偏转太阳风的同时也能吸引另一些太阳风,地球、金星、火星现在的大气逃逸情况相近。以当前每秒逃逸的量,35亿年间三者会各自失去以全球面积计算深度9厘米、8厘米、30厘米的水。这根本无法解释火星和金星现在的状况。即使考虑火星的低质量造成中性氧原子的逃逸,这也不能解释金星的状况:现在地球的水量约为金星的十万倍。

就算假设年轻太阳有更强大的大气剥离效果,也只能解释其中的数千倍,何况太阳风与大气剥离的关系还没有被很好地检测。

你看到了:地球、金星、火星现在的大气逃逸情况相近

在逃逸情况相近的情况下,在地球失去以全球面积计算深度9厘米的水时火星会失去深度30厘米的水,是因为地球表面积是火星的3.55倍。

XXXX导致地球最后落得火星一样的下场 ×

地球:小丑竟是我自己 √

参考

  1. ^ https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2013.1030
  2. ^ http://eprints.whiterose.ac.uk/112179/1/ppnature21377_Dodd_for%20Symplectic.pdf
  3. ^ http://palaeo.gly.bris.ac.uk/donoghue/PDFs/2018/Betts_et_al_2018.pdf
  4. ^ https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457
  5. ^ https://doi.org/10.1099/ijs.0.02503-0

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