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盖亚假设——地球系统的新视图

作者: 发布日期: 2019-04-03 10:50

【文本】

Gaiahypothesis是由英国大气科学家Jamese.lovelock在20世纪60年代末提出的。后来,在他和美国生物学家Marc Marcus(lynnmargulis)之后,他们逐渐引起了西方科学界的关注,并对人们对地球的看法产生了越来越大的影响。同时,盖亚假说已成为西方环保运动和绿党的重要理论基础。本文将详细阐述盖亚假说的提出和发展,盖亚假说的科学内涵及其争议,盖亚假说引起的新地球系统观和盖亚假说的启示。

一,盖亚假说的提出和发展

在20世纪60年代早期,曾在美国国家喷气动力实验室工作的Lawrlock接受了美国国家航空航天局(NASA)关于火星生命存在的研究项目。他提出直接分析火星大气层的成分,而不是将火星表面的太空船降落,以确定是否存在生命存在。他认为,如果一颗行星有生命,它必须将其大气作为生物体的原料资源和生物体的废物排放场所。行星大气对生物体的这两种用途将改变大气成分远离化学平衡。如果观测到的行星大气远离化学平衡,那么可能存在生命。考虑到这一点,他开始研究当时已知有大气成分的火星和金星,并发现两颗行星的大气成分接近化学平衡。大气的主要成分是二氧化碳,二氧化碳通常不会发生化学反应。因此,生活中都不应该存在。为了肯定这个预言,他开始考虑地球大气层的生命构成,发现它远离化学平衡状态,例如大气中高达21%的活性气体氧和1.7ppm(部分)每百万)沼气可以共存(由于在阳光下,沼气和氧气发生化学反应形成二氧化碳和水,维持1.7 ppm的沼气比例。每年有5亿吨沼气由生产沼气的生物体排放,二氧化碳只有几万分之一。

盖亚假设——地球系统的新视图

正是在这个时候,即1965年秋天的那一天,盖亚的想法出现在他的脑海中,这就是为什么地球大气层独特而不稳定的气体混合比长期保持不变的原因?地球上的生物不仅会产生大气层,还会调节大气层以维持稳定的气体成分,这有利于生物体的存在吗?

那时,他根本不知道这个控制系统的性质。他只认为地球表面的有机体必须是这个系统的一部分,而气体的成分可能是被调整的因素之一。后来,他从天体物理学家那里了解到,随着年龄的增长,恒星的热量会增加;自36亿年前地球上的生命以来,太阳的热能增加了25%。然而,地球保持着有利于生命存在的温度。在如此长的时间内,地球气候会受到有效监管吗?在这一点上,一个涉及整个行星和地球生命的控制系统的概念在他的大脑中得到了牢固的建立。但此时他没有提出自己的观点,而是为了推进他的小目标,说服喷气动力实验室研究生命科学同事接受大气分析是检测其他星球上生命存在的有效方法。他当时没有意识到,如果他们接受了他的观点,就意味着认识到火星上的生命几乎是不可能的。这可能导致取消维京航天器计划直接检测到火星上的生命存在。

尽管如此,美国宇航局对他的危险观点非常宽容,并允许他继续在这一领域工作。他的一位天文同事卡尔萨根是icarus(Infinite Intercontinental Space Rocket)杂志的主编。虽然他不同意他通过大气分析对地球上生命存在的看法,但他同意将他发表在他的杂志上。相关论文。他在地球上作为一个自我调节系统的文章于1968年首次在美国航空学会会议上发表。但是1972年将地球称为超级有机体,并将其命名为盖亚。他接受了邻居的建议,小说家wil-liamgolding在英国国家,以古希腊女神Geaia的名字命名。然后,他与杰出的生物学家Margulis合作开发了他的盖亚假说。

但Lavlock和Margulis在Gaia假设研究论文的出版中遇到了阻力。《科学》和《自然》平等的科学期刊虽然对他们的论文很感兴趣,但却无法进行同行评审。这些评论者认为,他们的观点很危险。虽然他们的论文没有在这些繁重的出版物中发表。然而,拉沃经常被邀请参加各种学术会议,并以会议论文的形式发表关于盖亚假设的研究论文。 1989年,美国地球物理联盟选择盖亚作为学术会议的主题。数百名科学家和学者参加了会议。 1993年,出版了大量《科学家论盖亚》(scientificongaia)。从那以后,尽管科学界对盖亚假说有不同的看法,但是越来越多的科学家对这一主题进行研究,特别是近年来,美国宇航局以全球生态学,生物圈和地球系统科学的名义支持这种研究。因此它的影响越来越大。一些科学哲学家,环保主义者和政治家也从他们各自的角度,以及越来越多的相关论文和书籍中关注和讨论了盖亚假说。

盖亚假设——地球系统的新视图

二,盖亚假说的科学内涵及其争议

现代科学认为地球是一个超级有机体的观点并不是拉夫洛克首次提出的第一个观点。 Jameshutton在1785年被称为地质之父,他指出“我认为地球是超级有机体,应该以生理方式进行适当的研究”[1]。他利用血液循环的生理发现以及氧气和生命之间的联系来观察地球的水循环和营养物质的运动。然而,到了19世纪,哈顿对整个地球研究的观点被抛弃了。地球科学与生命科学是分开的。地质学家认为,地球环境的变化只能通过化学和物理过程来决定;生物学家认为,无论地球环境如何变化,它都只是生物体的适应问题。甚至达尔文都没有意识到我们呼吸的空气,海洋和岩石要么是生物体的直接产物,要么是生物体的巨大改变。直到1945年,被称为现代生物地球化学之父的俄罗斯科学家Vladimirvernadsky才意识到生命和物质环境相互作用。大气中的氧气和沼气是生物的产物,并已建立起来。生命与物质环境同时演化的理论。但这种共同进化理论就像是一种精神上的朋友关系。生物学家和地质学家保持着友谊,但他们并不是不可分割的。这种共同进化不包括地球生物系统及其物理环境,它们积极地调节地球的化学成分和气候;更重要的是,它并不认为地球是一个有生命的有机体,也没有看到它。建立一个生理系统。

盖亚假说推动了共同进化理论向前迈出了一大步。它认为地球上的生命及其物理环境,包括大气,海洋和表面岩石,与系统的演化密切相关。它认为地球是一个生理系统,Lawlock甚至直接将盖亚假设称为地球生理学。正如生理学以整体观点对待生物体如植物,动物和微生物一样,地球生理学也是地球生命系统的整体科学。拉夫洛克认为,这种地球生理学是一门严谨而严谨的科学。它侧重于大气和温度调节系统等属性。它也是行星医学实践经验领域的基础。它无法打破现代科学思想和实验的诚实传统。这是哈顿和瓦纳德斯基的思想和理论的继承和发展。

作为一个科学假设,盖亚假说不仅是对世界的真实描绘,更重要的是它可以刺激人们有效地提出问题和预测,随后的研究可以证实他们的预测或拓宽有意义的研究领域。通过这种方式,盖亚假说有效地促进了研究的进展。 Gaia假设的一些预测已经得到证实,有些预测仍在研究中得到证实。例如,在1968年,根据盖亚的假设,火星上没有生命。 1977年,维京航天器证实了这一点。 1971年,据预测,有机体产生的化合物可以将一些基本元素从海洋转移到大陆表面。 1973年,发现二甲基硫醚和A碱碘; 1981年,人们预测,生物增强的二氧化碳可以增强岩石的风化,二氧化碳可以控制气候调节。 1989年,发现微生物大大加速了岩石的风化。 1987年,通过控制云密度和海藻硫气的释放来预测气候调节。 1990年,人们发现海洋云的覆盖范围在地理上与藻类的分布相容。该预测需要进一步确认。 1973年,据预测,在过去的2亿年中,大气中的氧气将保持在21±5%。这个预测得到了证实; 1988年,太古代的大气化学以沼气为主,这一预测得到了证实;总之,盖亚假说在预测和确认意义上完全遵循现代科学的传统,并极大地拓展了研究领域。盖亚假说也引起了科学界的激烈争论。第一种论证是由对概念的不同理解引起的。盖亚假说的核心思想是地球是一个活生生的有机体。但是对于生活来说,不同的学科有不同的定义。物理学家将生命定义为一种特殊状态,在这种状态下,系统通过吸收外部自由能和消除低能耗来减少内部熵。新达尔文生物学家将生命定义为一种有机体,可以通过后代的自然选择繁殖后代并纠正生殖错误。生物化学家将生命定义为在遗传信息的指导下生长的有机体,使用阳光或食物等自由能。盖亚假说或地球生理学家将生命定义为具有边界的系统,通过与外部世界交换物质和能量,并在外部条件发生变化时保持内部条件的稳定性。

盖亚假说将生命定义为物理学家和生物杏耀娱乐化学家在生命定义范围内。因此,他们往往不反对盖亚假说。新的达尔文生物学家反对并嘲笑了盖亚的假设。他们说地球不能繁殖,不能与其他星球竞争。怎么可以说地球是一个活生物体呢?拉夫洛克认为新达尔文生物学家对生命的定义过杏耀平台注册于狭隘。他指出,生命一般具有生殖,新陈代谢,进化,热稳态,化学稳态和自愈(愈合)等特征,但并非所有生命形式都具有这些特征。正如微生物和树木没有热稳态一样,人们仍将它们视为生物体。地球没有生殖特征,也可以用作生物。


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