大洋钻探：揭示地球环境的历史档案

为了解自己生存环境的变化，人类对地球的视野不但要在空间上拓宽，也需要在时间上扩展。地球的环境演变，在不同场合留下了各种各样的“历史档案”，唯独在深海沉积中留下的最为连续、最为全面。对深海大规模的系统研究开始于1968年的深海钻探计划。“深海钻探”、“大洋钻探”和“综合大洋钻探”深海研究的三部曲，是国际地球科学历时最长、规模最大，也是成绩最为突出的合作研究计划。前面说到的“板块”理论，正是DSDP在大西洋洋底的钻探取样和测年分析，发现从大洋中脊向两侧的玄武岩基底年龄越来越老，为洋底扩张的假说提供了决定性的证据。30年前在南大洋的钻探，发现澳洲和南美洲是在二三千万年前才完全离开南极大陆的，于是南大洋形成环南极洋流，造成南极的“热隔离”，结果导致南极冰盖的出现。深海钻探的这项发现，被誉为古海洋学新学科建立的标志。

总之，深海钻探和大洋钻探35年来在全球各大洋钻井近3000口，证实了板块构造学说，创立了古海洋学，把地质学从陆地扩展到全球，导致地球科学一场真正的革命，改变了固体地球科学几乎每一个分支的发展轨迹。

①确实，一些地球环境的历史变化，没有深海海底的钻探取样，是可能发现不了的。②到533万年前海面上升，与大西洋的通道恢复时，“地中海盐度危机”便告结束，大西洋水又呈瀑布状泻入地中海。③现在查明，由于地中海四面被陆地包围，只有水深300米的直布罗陀海峡与地中海连通，一旦构造运动将通道锁闭，地中海便变为一个巨型蒸发盐湖。④20世纪70年代初地中海的深海钻探，发现了二三千米厚的岩盐、石膏层。⑤这类蒸发岩应当是干旱地区的产物，地中海现在水深可达5000米，面积相当于黄海、渤海、东海总和的两倍，居然出现沙漠环境下的岩层，成为轰动一时的科学新闻。⑥距今596万年前开始，相当于全大洋6%的盐分在这里沉淀形成巨厚的蒸发岩层。

我们常说的沧海桑田是一个缓慢的过程，现在看来这一类超出常识范围的灾变事件，地质历史上也【】。现在水深超过2000米的黑海，也只有20多米水深的海峡与地中海相通。近200万年来黑海基本上是个大湖，大约一万年前湖面低于地中海近百米，但随着冰盖消融、洋面上升，到7000多年前地中海海面上升，突破博斯普罗斯海峡涌入黑海，突然造成灾难性洪水事件，最近科学家考证，认为这就是圣经里“诺亚方舟”故事的原型。

上述灾变属于区域性事件，深海钻探还发现了规模更大的全球性巨变。6亿年前，地球的两极大部分时间并没有冰层覆盖，像现在这样南北两极都有冰盖是绝无仅有的特殊时期。和现在反差最大的，是一亿年前恐龙盛行时的地球。当时，高纬度区的温度比现在高出15℃，大气浓度至少比现在高3倍，出现了几百万年大洋底部缺氧的现象，在洋底发现有机质大量堆积，在中东是石油的形成期。

距今最近的环境巨变，是两万年前的冰期，当时整个加拿大、美国和西欧的北部，全都压在几千米的冰盖之下。为什么会出现冰期？这种冰期还会不会再来？什么时候再来？一直是学术界必须回答的问题。现在已经明白：100年前阿尔卑斯山发现的几次大冰期、50年前太平洋沉积中碳酸盐含量的旋回，其实都是地球运行轨道几何形态变化。气候轨道驱动的发现和证实，是20世纪地球科学最辉煌的成就之一；轨道周期在世界各大洋地层中的对应性，为地质时期的纪年提供了天文学的标尺。但后来又发现，极地冰芯气泡反映的大气浓度，和深海沉积中氧同位素反映的冰盖消长，都和地球轨道呈现同样的周期现象。轨道周期如何能造成的变化？在冰期旋回中，究竟是高纬度冰盖的物理变化，还是低纬区碳循环的化学变化起着主导作用？这正是大洋钻探当前面临的课题。

1999年春，由我国科学家建议、设计和主持的南海大洋钻探，钻井17口、取芯5000米，实现了中国海深海科学钻探“零”的突破，首次取得了2300万年气候旋回的深海连续记录，其中一个重要成果，就是发现了40~50万年大洋碳储库的长周期变化，为探索热带碳循环在气候轨道周期中的作用提出了新认识。

①每个人对于自己要成为一个什么样的人，都应该有一个自我设计。但这种设计应该是相对模糊的，是不完美的和有待修正的。可生活中偏偏就有人跟自己较劲，觉得自己这也不行，那也不好，觉得现实中的自己距离设计中的自己相差太多，并因此而痛苦不堪。其实这些人往往忽视了一个最基本的现实，就是人人都有缺陷。“玉，有点瑕疵才是真的。”

②有一位腿有残疾的私营企业主，经过自己十几年的奋斗拼搏，终于成了闻名遐迩的雕刻家和经营雕刻精品的大老板。有人对他说：“你如果不是残疾，恐怕会更有成就。”他却淡然一笑说：“你说得也许有道理，但我并不感到遗憾。因为如果没得小儿麻痹症，我肯定早下地当了农民，哪有时间坚持学习，掌握一技之长？我应该感谢上帝给了我一个残疾的身体。”还有罗斯福和丘吉尔，罗斯福曾连任四届美国总统，但很少有人知道他曾经是一个信奉巫神、酗酒成癖的人；丘吉尔是英国历史上最著名的首相，1953年获诺贝尔奖，但他也曾经是一个贪睡、贪酒的人，还曾因吸食鸦片两次被赶出办公室。但他们都痛苦地改掉了自己年轻时的不良嗜好，经过不懈地努力，成就了伟大的事业。_______________。

③完美欲是人类的天性之一，有了它，人类才会永不满足地向前发展。我们要努力追求完美，但同时我们必须学会接纳我们的不完美

④不能接纳自己的不完美，源自我们常常拿理想的自我与现实的自我进行比较而产生的焦虑感。必须明白，理想的自我是要经过若干年甚至一生的不懈努力才能接近而始终不能百分之百达到的一个终极目标，只要每天进步一点，快乐一点，我们离目标也就近了一点。【   】因为不能接纳自己的缺陷而生出健忘失眠等痛苦，只能使我们离目标越来越远。不能接纳自己的不完美，还源自和别人不正确的比较而产生的自卑感。拿自己与高过自己一大截的人比，拿自己的缺点与别人的优点比，拿自己的各个方面分别与不同人的优点比，比较的结果是事事不如人，谁都比自己好。

⑤其实，每个人都有足以让自己确立自信的优于别人的长处。一棵树，如果花不鲜艳，也许叶子会绿得青翠欲滴；如果花和叶子都不漂亮，也许枝干会长得错落有致；如果花、叶子和枝干都不漂亮，也许它处的位置很好，在蓝天的映衬下绰约多姿。

⑥席勒曾经给成年人写过一篇童话：一个圆的一部分切去了，它希望自己是一个完美的圆，因此它就四处寻找它遗失的那一部分。但因为它不是一个完整的圆，所以只能慢慢滚动，由此得以沿途欣赏花草的芬芳，阳光的灿烂，并与蚯蚓娓娓而谈。有一天，它终于找到了自己遗失的部分，它高兴极了，因为它又是一个完美的圆。它又开始飞快地滚动，它在快速滚动中发现世界整个变了样，许多美好的东西都失去了，于是它又停下来，毫不犹豫地将千辛万苦找回的部分丢在路边，然后慢慢滚动着向前走去……

⑦人生就是如此，不完美才是真的，只要我们真诚地面对，有点缺憾，人生照样精彩。

①每个人对于自己要成为一个什么样的人，都应该有一个自我设计。但这种应该是相对模糊的，是不完美的和有待修正的。可生活中偏偏就有人跟自己较劲，觉得自己这也不行，那也不好，觉得现实中的自己距离设计中的自己相差太多，并因此而痛苦不堪。其实这些人往往忽视了一个最基本的现实，就是人人都有缺陷。“玉，有点瑕疵才是真的。”

②有一位腿有残疾的私营企业主，经过自己十几年的奋斗拼搏，终于成了闻名遐迩的雕刻家和经营雕刻精品的大老板。有人对他说：“你如果不是残疾，恐怕会更有成就。”他却淡然一笑说：“你说得也许有道理，但我并不感到遗憾。因为如果没得小儿麻痹症，我肯定早下地当了农民，哪有时间坚持学习，掌握一技之长？我应该感谢上帝给了我一个残疾的身体。”还有罗斯福和丘吉尔，罗斯福曾连任四届美国总统，但很少有人知道他曾经是一个信奉巫神、酗酒成癖的人；丘吉尔是英国历史上最著名的首相，1953年获诺贝尔奖，但他也曾经是一个贪睡、贪酒的人，还曾因吸食鸦片两次被赶出办公室。但他们都痛苦地改掉了自己年轻时不良嗜好，经过不懈的努力，成就了伟大的事业。_______________。

③完美欲是人类的天性之一，有了它，人类才会永不满足地向前发展。我们要努力追求完美，但同时我们必须学会接纳我们的不完美。

④不能接纳自己的不完美，源自我们常常拿理想的自我与现实的自我进行比较而产生的焦虑感。必须明白，理想的自我是要经过若干年或一生的不懈努力才能接近而始终不能百分之百达到的一个终极目标，只要每天进步一点，快乐一点，我们离目标也就近了一点。【  】因为不能接纳自己的缺陷而生出健忘失眠等痛苦，只能使我们离目标越来越远。不能接纳自己的不完美，还源自和别人不正确的比较而产生的自卑感。拿自己与高过自己一大截的人比，拿自己的缺点与别人的优点比，拿自己的各个方面分别与不同人的优点比，比较的结果是事事不如人，谁都比自己好。

⑤其实，每个人都有足以让自己确立自信的优于别人的长处。一棵树，如果花不鲜艳，也许叶子会绿得青翠欲滴；如果花和叶子都不漂亮，也许枝干会长得错落有致；如果花、叶子和枝干都不漂亮，也许它处的位置很好，在蓝天的映衬下绰约多姿。

⑥席勒曾经给成年人写过一篇童话：一个圆的一部分切去了，它希望自己是一个完美的圆，因此它就四处寻找它遗失的那一部分。但因为它不是一个完整的圆，所以只能慢慢滚动，由此得以沿途欣赏花草的芬芳，阳光的灿烂，并与蚯蚓娓娓而谈。有一天，它终于找到了自己遗失的部分，它高兴极了，因为它又是一个完美的圆。它又开始飞快地滚动，它在快速滚动中发现世界整个变了样，许多美好的东西都失去了，于是它又停下来，毫不犹豫地将千辛万苦找回的部分丢在路边，然后慢慢滚动着向前走去……

⑦人生就是如此，不完美才是真的，只要我们真诚地面对，有点缺憾，人生照样精彩。

1988年，一位爱好飞蛾的美国医生，发表了一篇科学论文，论述了夜晚的灯光是如何影响飞蛾的。这是一篇很普通的文章，但在当时，这却是一篇最明确地指出人造光会对动物产生危害的文章。一些针对人造光与动物关系的研究由此产生了。

在美国的佛罗里达海岸，城市的灯光曾造成刚破壳而出的小海龟迷路，使一些小海龟忽然爬向错误的方向，引导小海龟踏上了死亡之途。在很多场合下，即使动物们不直接暴露于灯光之下，它们也难以摆脱光污染的伤害，城区里的灯光会通过云层反射下来，使夜空处在非自然的光亮下，科学家们称这种情形为天空赤热。

最早指出天空赤热危害的是天文学家，因为这种光现象极大阻碍了他们对星空的观测。佛罗里达的科学家迈克尔·萨曼认为，钠灯也许可以成为城市的新光源。钠灯释放一种特殊的黄色波长，天文观测时，这种光波对观测的影响相对较小，而且对海龟和飞蛾之类的动物也不会造成伤害。萨曼说，海龟也许根本看不见钠灯，即使看见了，这种频率的光波也不会对它们的方向判断造成混乱。

然而，钠灯并不是万用良方。对于有些动物而言，钠灯的黄色光波和其他灯光的光波并无差异，有时甚至比传统的灯光显得更糟。突然暴露于灯光中的青蛙会延缓它们的进食和生殖行为。在黄光和红光下，火蜥蜴甚至无法从一个地方移动到另一个地方。灯光的照射使水生无脊椎动物在夜间的活动量减少，其后果就是减少了这些无脊椎动物对藻类的消耗，造成藻类的恶性繁殖，水质下降。灯光还可能对鸟类的磁场定位系统造成扰乱，使这些鸟儿时常迷失在电视塔的附近。灯光可以削弱飞蛾的防御反应，使飞蛾在遇到危险时失去逃跑能力。

______是那些有能力适应人造光的动物，它们在进化的过程中也不得不付出生物学的代价：某些异常的品质受到奖赏，______在正常的自然状态下，它们______变得不适应了。从逻辑上说，这样的进化选择将导致动物渐渐适应永恒的光照环境，并进化一些新的品质，它明显不同于在黑暗环境中生存的野生动物。假若让正常状态下和非正常状态下的这种动物交配繁衍，那将给这种动物带来灭绝的危险。

也许，我们的确到了找回那片失落星空的时候了。

20世纪，水资源短缺尤其是水质性缺水成了世界共同面对的资源危机，生活、工业、农业污水是污水主要来源，污水处理顺理成章地成为新兴朝阳产业。

污水生物处理的实质就是通过微生物的新陈代谢活动，将污水中的有机物分解，从而达到净化污水的目的。污水处理在水质改善的同时，还要求所采用技术低能耗、少资源损耗，厌氧氨氧化与亚硝化工艺相结合的氮的完全自养转换方式是一种最可持续的污水脱氮途径。厌氧氨氧化菌就是这一途径的神奇承载者。

新闻报道中称厌氧氨氧化菌叫红菌，这是为什么呢？ 厌氧氨氧化菌呈球形、卵形，直径约0.8—1.1μm，在自然界以及废水生物处理系统中, 厌氧氨氧化菌丰度很低，几乎检测不到其活性，当其在生物膜上有低活性的时候，污泥就不是通常的黑色了，呈现为灰色；驯化一段时间后，随着菌群数量的增加，污泥颜色转变为红棕色；由于厌氧氨氧化菌含有丰富的细胞色素, 当其成为优势菌群时，成熟的厌氧氨氧化污泥呈现美丽的深红色。污泥颜色的变化也可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示。由于这______的红色，污水处理厂的工人们就俗称其为红菌。

但这种神奇的细菌不容易控制，采用传统的系列稀释分离、平板划线分离、显微单细胞分离等微生物分离方法都以失败告终。1999 年，荷兰科学家利用密度梯度离心的方法，第一次得到了厌氧氨氧化菌，约200到800个细胞中只含有1个污染细胞。遗憾的是时至今日，全世界都还未获得厌氧氨氧化菌纯培养菌株。庆幸的是众多科学家协同攻关，在2006 年利用环境基因组学的方法完成了这一非纯培养菌株厌氧氨氧化菌的全基因组序列测定，发现200 多个基因参与其氨氮的短程转化代谢过程。

占细胞总体积的30% 以上的厌氧氨氧化体是厌氧氨氧化菌中最为重要的也是最独特的细胞器，目前被假定为内共生起源的细胞能量产生体，这也是第一个从原核细胞中发现的独立产能细胞器，类似于真核细胞中线粒体的功能。厌氧氨氧化菌在缺氧条件下，无需有机物参与，可以直接将氨氮和亚硝态氮氧化成氮气，较之传统硝化反硝化反应较繁琐的电子传递过程, 大大降低了能耗，是最经济的生物脱氮途径，脱氮成本仅为传统的十分之一，无疑成为污水脱氮处理的一个极富吸引力的方向。