河流：地球的命脈

每年7月到10月，南亞的季風(fēng)會帶來大量的降雨，造成恒河和布拉馬普特拉河巨大的流量，河流中泥沙的輸運量大約每秒50噸，每天的輸運量約相當(dāng)于3.5萬輛卡車的載重量，這些泥沙大部分堆積在孟加拉國的孟加拉灣，隨海洋的洋流運動，這些泥沙最終會沉入海底。這些泥沙顆粒的組成十分豐富，有來自中國西藏高原的細小顆粒，有來自印度的殘枝落葉，還有來自喜馬拉雅古老巖石被河水沖蝕的碎屑。

河流輸運的這些物質(zhì)，可能來源于火山噴發(fā)等地殼運動形成的巖石，或者來源于樹木，然后將這些物質(zhì)搬運到海洋。穿越地球的歷史，隨著大陸分布和氣候模式的改變，河流輸送物質(zhì)的自然特點也在不斷地變化。

從某種意義上講，河流就像飛機場的終端門，連接著大氣、山谷、巖石、植物、土壤和海洋。就像坐飛機的乘客一樣，河流中被輸送的物質(zhì)能夠向人們講述它們來自哪里，它們發(fā)生了什么，以及它們要去往哪里。

伍德霍爾海洋研究所的科學(xué)家約旦·海明威及其團隊最近的研究，就是要回答上述問題。他們研究進入河流的物質(zhì)來源，并分析它們?nèi)绾坞S著時間變化，他們將所有的數(shù)據(jù)拼合在一起，發(fā)現(xiàn)了兩個相互交叉的地球循環(huán)過程，一個是地理控制，另一個是生物控制，兩個過程隨著時間和空間的變化，塑造著地球生命的模樣。

科學(xué)家分析這些存在于生物圈和地理界的循環(huán)過程，是想尋找到遏制氣候變化的節(jié)點。所有這些奧秘都存在于恒河和布拉馬普特拉河每秒50噸的泥沙中。

兩個碳循環(huán)過程

約旦·海明威的研究對象簡單而尋常，那就是構(gòu)成生命的基礎(chǔ)，并在地球氣候變化中擔(dān)當(dāng)重要角色的碳。研究的目標是要在兩個循環(huán)過程中跟蹤碳的行蹤。

第一個是生物圈碳循環(huán)過程。能夠進行光合作用的植物和浮游生物將空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機物，并用于支持自身的生長。動物和其他異養(yǎng)類生物不能夠直接利用光能合成生長所需要的物質(zhì)，需要通過消費初級生產(chǎn)者獲得。當(dāng)植物和動物都死亡，它們的枝體或者肢體被微生物所分解，這個過程釋放出二氧化碳，二氧化碳重返大氣。

生物圈的碳循環(huán)接近完美，只有一小部分的碳逃離了這種常規(guī)的碳循環(huán)，被河流輸運到了海洋。隨著時間的累積，這些被輸入海洋的碳形成了海洋泥沙，并且開始了碳的第二個循環(huán)過程，即地理碳循環(huán)過程，這是一個范圍更大，相對較緩慢的過程。

相對于植物和土壤，巖石中從空氣中鎖定的碳則需要花費相當(dāng)長的時間。由于地殼的板塊碰撞，一些來自生物圈的碳埋藏在海洋泥沙中，可以被進一步擠壓進入地殼的深層，或者進入地幔，這些碳的重見天日，需要經(jīng)過上百萬年的地殼運動和火山噴發(fā)，地理構(gòu)造力量將海底泥沙上升成為干旱的土地，這些碳又重新進入生物圈碳循環(huán)。

以上由巖石鎖定的碳由地理循環(huán)所完成，其數(shù)量非常大，是“遺漏”進入生物圈碳的上千倍，但是這種“遺漏”非常的緩慢。在一個足夠長的時間，如果這種緩慢“遺漏”進入生物圈的碳，比重新生成巖石的速度快，那么生物圈碳循環(huán)的速度就會加劇，大氣中的二氧化碳的含量就會增加。

二氧化碳是一種溫室氣體，大氣中的二氧化碳越多，將會導(dǎo)致更加溫暖的氣候。如果增加海洋中的碳埋藏，這樣進入生物圈的碳就會減少，大氣中的二氧化碳的水平也會下降，地球?qū)兊酶記鏊?/p>

河流作用

在這兩個地球的碳循環(huán)過程中，河流擔(dān)當(dāng)著重要作用，既對地理變化作出反應(yīng)，也對氣候變化作出反應(yīng)。河流輸運或多或少的碳，將會調(diào)節(jié)地球的地理變化和氣候變化。

當(dāng)印度板塊和歐亞板塊相互碰撞，擠壓抬升造就了喜馬拉雅山脈，喜馬拉雅的抬升使更多的巖石重新暴露在地表，巖石中的碳可以“遺漏”進入生物圈，但是山脊的抬升，同時也造成崇山峻嶺，導(dǎo)致河水流淌的速度加快，這樣河流可以輸運更多的碳進入海洋，沉積在海底形成海洋泥沙，這個過程會降低大氣中二氧化碳的含量。

當(dāng)然，人類最近發(fā)現(xiàn)一些辦法能夠打破這些循環(huán)，這些人為作用的后果還有待觀察。人類燃燒化石燃料，加速了地球循環(huán)釋放碳的速度，人類增加了巖石中的碳轉(zhuǎn)變?yōu)榇髿庵卸趸嫉乃俣?。人類也可以打破河流的自然穩(wěn)定機制，人們在河流上無節(jié)制地修建水壩和進行農(nóng)業(yè)灌溉，水壩將河流流向大海的流路分解為若干小段，每小段的河流流態(tài)隨人的意志控制。同時，人們在流域中預(yù)留了很多土地進行農(nóng)業(yè)種植，破壞了土壤的植被覆蓋，增加了土壤的侵蝕程度，更多的泥沙被沖入河流中去，這會向海洋輸送更多的來源于生物圈的碳。實際上，人類已經(jīng)加速運轉(zhuǎn)了碳的傳送機制，不過又被自己建設(shè)的大壩所阻攔。

現(xiàn)在，全球幾乎找不到一條沒有水壩和沒有人類農(nóng)業(yè)種植的河流，即使是恒河，每天要輸運3.5萬輛卡車的泥水進入大海，也被很多水壩所節(jié)制，沿河還有很多的引水工程，并且，最令人不安的是，直到目前，水壩和引水工程的建設(shè)并沒有停歇，而是仍以驚人的速度進行著。

通過學(xué)習(xí)河流是如何將有機碳輸運到大海，以及碳的來源和碳隨時間的變化，我們能夠理解這其中牽涉到的生物圈碳循環(huán)過程和地理界的碳循環(huán)過程，我們能夠揭示地理構(gòu)造力、人力和氣候變化的力量，如何影響碳循環(huán)，以及反過來碳循環(huán)如何影響氣候。

科學(xué)家們正在研究這些問題，科學(xué)家用以研究的依據(jù)十分簡單，那就是小小的測船、一些實驗瓶，以及過濾器等，科學(xué)家們希望從地球上大的河流上尋找答案。例如剛果河、亞馬孫河、恒河和布拉馬普特拉河。

為了了解更詳細的河流信息，科學(xué)家要分析河床泥沙的組成，這并不是常人所想象的“從河流中打點水來分析”就能完成的，幸運的是，科學(xué)家們發(fā)明了一些新工具，使這一過程變得簡單。

研究人員需要知道河流不同深度處水的含沙量，因為河流的含沙量變化太快，即使密西西比河在最泥濘的河段也有沙質(zhì)的河床，研究人員會水平地將采樣器置于水中，在取樣器的頂端有一個蓋子，當(dāng)取樣器到達某一深度后，蓋子可以被打開，該深度的水樣可以準確地取出。然后，研究人員會對水樣進行過濾，濾除顆粒直徑大于0.2毫米的所有物質(zhì)，研究人員對濾除后的物質(zhì)和被過濾的物質(zhì)都進行研究。

那么，研究人員是如何判斷所過濾的物質(zhì)來源于哪里呢？答案就在碳身上。對于碳，研究人員要檢測兩個屬性，首先是生物屬性，每一物種，或者是生物種群都會產(chǎn)生有特征的分子序列。例如，植物的樹葉都會分泌出一種蠟質(zhì)的生物合成劑，以保護樹葉不至于短時間內(nèi)死亡，以及分泌一些生物標志性物質(zhì)，以使它們的枝干更健壯，科學(xué)家可以測量這些生物標志性物質(zhì)，了解河流海洋碳循環(huán)的過程。其次，碳有三個同位素，分別為碳-12、碳-13和碳-14，這些碳的同位素在地理上分布是不同的，碳-14太重而不穩(wěn)定，容易衰變，植物偏向于較輕的碳-12。但是，并不是所有的植物都只吸收碳-12，有一些植物偏向于碳-13，研究人員正是通過這些植物偏好，確定河流泥沙來源于哪里。最后，由于碳-14有衰變的特性，研究人員能夠利用這一點測量水樣碳物質(zhì)的年齡。