第十一章 未来 变化中的星球图景 地球年龄：接下来的50亿年
过
去是未来的序幕吗？对地球来说，答案既是肯定的，也是否定的。
像过去一样，地球仍将继续经历反复的变化。气候会一次又一次地变暖再变冷。冰期将再次出现，热带的极端时期也将再次到来。板块构造仍将继续，彻底地改变大陆，同时令海洋扩大或缩小。巨大的小行星撞击和超级火山也会再次侵扰生命。
但也会有一些变化是新的，就像最早的花岗岩地壳的出现一般，其中许多变化也将是不可逆转的。无数生物会灭绝，从地球上彻底消失。老虎、北极熊、座头鲸、大熊猫和大猩猩，所有这些动物都将难逃一劫。人类也很有可能会灭绝。
我们还不清楚地球历史的许多细节，也许这些就是不可知的。但是这颗星球丰富的历史，再加上自然法则，让我们对未来有了一种感知。让我们先把眼光放到遥远的未来，然后再一步一步地聚焦回现代。
最终阶段：50亿年后
地球在通往不可避免的终结之路上几乎已经走过半程。45亿年来，太阳一直稳定地发着光，随着时间的推移，它一点点变得越发明亮，这是因为它不断地“燃烧”大量储存的氢燃料。再过大约50亿年，太阳会继续通过将氢聚变成氦来产生核能。大多数恒星终其一生都是这么过来的。
最终，氢将会耗尽。一些较小的恒星到达这一阶段后体积会逐渐缩小，散发出去的能量会比以前少得多，最终消失掉。如果太阳变成这样一颗“红矮星”，那么地球最终的命运将是变成冻牢的固态星球。生命如果有幸存活下来，也只可能是一些生活在地下深处的顽强的微生物，在那里液态水仍然可能存在。
红巨星时代
但是，太阳不会以这种可怜的方式死去，因为它足够大，有一个后备的核计划。别忘了，每颗恒星都要平衡两种相对的力。一方面，引力将恒星向内拉，使其成为尽可能小的球体；另一方面，核反应像一系列连续的内部氢弹爆炸事件，会产生向外的推力，试图使恒星变得更大。太阳在目前熊熊燃烧氢的阶段，其直径已经稳定地达到了约87万英里，这个大小已经维持了45亿年，并将继续维持50亿年。
太阳足够大，因此，当燃烧氢的阶段最终结束时，一个充满能量的新阶段就会开始，它将开始燃烧氦。氦是氢聚变反应的副产品，可以与其他氦原子发生聚变，产生碳元素，但这种新的太阳策略将给太阳系靠内的行星带来灾难性的后果。由于氦反应的能量更高，太阳会膨胀得越来越大，就像一个疯狂过热的气球，变成一颗脉动的红巨星。它将越过水星轨道，吞没这颗小型行星。它也将超过我们的邻居金星的轨道，吞噬掉金星。它会膨胀到目前直径的100倍以上，甚至越过地球的轨道。
地球的最后时光的具体细节并不明确。根据一些不太乐观的情景设想，红巨星阶段的太阳将完全吞没地球，地球会在太阳大气中蒸发，不复存在。在其他一些模型中，太阳会在无法想象的太阳风中丢失超过目前三分之一的质量（这种太阳风也会不断冲击地球死气沉沉的表面）。随着太阳的质量变小，地球的轨道会向外推移，也许刚好可以避免被吞没的命运。但是，就算我们不被膨胀的太阳吞噬，曾经美丽的蓝色世界也将成为一颗绕行在太阳周围的荒芜的碳渣星球。稀少的地下微生物生态系统或许可以再持续10亿年，但陆地再也不可能是这般郁郁葱葱了。
荒漠世界：20亿年后
即使在目前燃烧氢的稳定状态下，太阳也在慢慢变得越来越热。起初，在45亿年前，太阳的亮度是现在的70%。24亿年前的大氧化事件表明，太阳的亮度可能是今天的85%。而10亿年后，太阳会变得更为明亮。
在一段时间里，也许是数亿年间，地球的反馈可能会减缓这种变化。更多热量意味着更多蒸发，从而产生更多的云，将更多的阳光反射回太空。更多热量意味着更快的岩石风化，这会消耗更多二氧化碳，降低温室气体的含量。因此，负反馈回路可能会让地球在很长一段时间里仍然适居。
未来荒漠世界
但一个转折点会出现。数十亿年前，较小的火星到达了那个关键时刻，它失去了几乎所有的地表水。10亿年后，地球上的海洋将开始以可怕的速度蒸发，大气将成为一个永远的桑拿房。冰盖和冰川不复存在，即使两极也会变成热带。在千百万年间，生命可能在这样的温室环境中繁衍。但随着太阳继续变暖，更多水蒸气进入大气，氢将以越来越快的速度流失到太空中，使地球逐渐干燥。也许再过20亿年，当所有海洋干涸时，地球表面将变得荒芜而炙热。生命就将面临绝境。
新泛大陆或阿美西亚：2.5亿年后
地球将不可避免地走向终结，但这条路非常非常非常漫长。对没那么遥远的未来的预测描绘出了一幅更为温和的画面，那是一颗动态但相对安全的星球。想要展望未来几亿年的故事，过去一定是了解未来的关键。
板块构造将继续在改造地球的过程中扮演关键角色。如今各大洲是分散的，宽广的海洋把美洲、欧亚大陆、非洲、澳大利亚以及南极大陆彼此分隔开来。但这些陆地一直在移动，速度大约是每年一两英寸，也就是说，每6 000万年就会移动1 000英里。通过研究海底玄武岩的年代，我们可以为每一块大陆建立相当精确的向量。洋中脊附近的玄武岩相当年轻，最多只有几百万年。相比之下，大陆边缘和俯冲带的玄武岩可能有超过2亿年的历史。了解所有这些海底的历史相当简单，我们倒放板块构造过程，即可一瞥过去2亿年中地球不断变化的大陆地形。从这些信息中，我们或许还可以预测出未来1亿多年的板块运动。
如果按照现在板块在全球的轨迹，似乎所有大陆都将再次碰撞。大约2.5亿年后，地球的大部分陆地将再次形成一个巨大的超大陆，一些有远见的地质学家已经将其命名为新泛大陆。然而，未来的确切情况仍然是一个尚无定论的问题。
组合新泛大陆是个棘手的游戏。根据目前的大陆运动可以很容易地预测未来一两千万年的情况。大西洋将增宽数百英里，太平洋则将相应地缩小。澳大利亚将向北朝着南亚移动，南极洲也将略偏离南极点，并向南亚方向移动。非洲也在逐渐向北移动，闭合地中海。再过几千万年，非洲将与欧洲南部相撞，在这个过程中，地中海会消失，并产生一个能和喜马拉雅山脉相媲美的巨大山脉，相比之下，阿尔卑斯山就会相形见绌。因此，两千万年后的世界地图看起来还会很熟悉，只是有点偏斜。以这样的方式展望未来一亿年还是相当可靠的，大多数建模的研究人员得到了相似的地理预测，那时，大西洋已经取代太平洋，成为地球上最庞大的水体。
但在那一时刻之后，模型出现了分歧。一个被称为外向型的学派认为，大西洋将继续变宽，最终，美洲将撞上亚洲、澳大利亚和南极洲。在这个超大陆形成阶段的后期，北美洲从东方而来，闭合太平洋，并撞击日本，而南美洲则从东南顺时针旋转，紧紧靠向赤道附近的南极洲。令人惊讶的是，所有板块似乎都能很好地拼在一起。新泛大陆被认为是一块巨大的陆地，沿着赤道从东向西延伸。
这种外向型设想的核心假设是，板块运动背后的巨大地幔对流单元将几近延续今天的模式。另一种观点被称为内向型，它采取了相反的策略，借助过去大西洋的开合周期进行预测。对过去10亿年的重建表明，大西洋（或说西边是美洲、东边是欧洲和非洲的海洋）在几亿年的周期里已经开合了三次，这一结果表明，地幔对流是变化的，且不是连贯的。岩石记录显示，大约6亿年前的劳伦古大陆和其他大陆的运动形成了大西洋的前身，称为巨神海（以希腊巨人伊阿珀托斯命名，他是阿特拉斯的父亲）。泛大陆合并，巨神海消失。当这个超大陆在1.75亿年前开始分裂时，大西洋形成了。
根据内向型支持者（或许最好不要称他们为“内向的人”）的观点，仍在不断拓宽的大西洋将遵循同样的模式。它将在约1亿年后减速、停止并逆转。在大约2亿年后，美洲将再次与欧洲及非洲碰撞。同时，澳大利亚和南极洲将和东南亚相接，完成未来“阿美西亚”超大陆的版图。这片巨大的陆地，形状像一个偏向一旁的L，它利用与新泛大陆一样的板块，但这一次，美洲在西侧。
目前来看，无论是外向型还是内向型的超大陆模型，似乎都有其优点，它们仍在相互竞争。不管这场友好的辩论结果如何，所有人都一致认为，2.5亿年后的地球地形，虽然会和现在千差万别，但将与古代相呼应。赤道上大陆的短暂聚集将降低冰期的影响，并缓和海平面的变化。当大陆碰撞，山脉就会隆起，气候和植被的模式会发生变化，大气二氧化碳和氧气的水平也会发生波动。这些变化仍将是地球故事的核心。
撞击：5 000万年后
最近一项关于人类最有可能死因的调查表明，人类死于小行星撞击的概率很低，大约只有十万分之一。从统计学上讲，这和闪电或海啸致死的概率相近。但这种预测性的比较存在一个明显缺陷。一次闪电杀死一个人的事件每年大概会发生60次。相比之下，小行星撞击可能几千年来都没有造成过任何人死亡。但在某个倒霉的一天，一次小型撞击就可能杀死所有人。
你大可不必担心这件事情，我们之后的百代人也不必为此担心。但我们可以肯定的是，杀死恐龙的那种巨大撞击事件有一天会再次发生。在接下来的5 000万年里，地球至少会遭受一次大的撞击，甚至更多次。这只是时间和概率的问题。最有可能的元凶是所谓的越地小行星，这种天体的轨道呈明显的椭圆形，它们会穿过地球绕太阳运行的更接近圆形的轨道。我们已经知道至少300个小行星可能会成为这种潜在的杀手，而且在未来几十年中，其中一些小行星将以令人惶恐的近距离掠过地球。1995年2月22日，一颗刚被发现并被命名为“1995 CR”的小行星飞掠而过，它与地球之间的距离不足几个地月距离。2004年9月29日，1.5英里宽、3英里长的长型小行星图塔蒂斯（Toutatis）以更近的距离飞掠过地球。2029年，直径900英尺的小行星阿波菲斯（Apophis）预计将以更近的距离掠过地球，甚至出现在月球轨道之内。这次让人不安的相遇将不可逆转地改变阿波菲斯的轨道，可能致使它在未来更接近地球。
每存在一颗已知的越地小行星，都可能意味着还有十几颗甚至更多这样的小行星尚未被发现。这些天体中的一个最终被观测到时，它可能已经离我们太近了，我们对它已然束手无策。如果我们正好在靶心中央，那可能也仅有提前几天的警告让我们来解决问题。无情的统计讲述了概率的故事。地球几乎每年都被约25英尺长的岩石砸中。由于大气层的“制动”作用，大多数这种炮弹在撞击到地表之前就会爆炸，并裂成小块。但是，直径大于100英尺的天体，大约每1 000年会降临地球一次，造成严重的局部破坏。比如，1908年6月，这样一次撞击夷平了俄国通古斯卡河附近的一片森林。危险系数极高的直径半英里的巨石平均每50万年撞击地球一次，而直径达3英里的小行星大约每1 000万年撞击地球一次。
撞击的后果因小行星的大小和撞击位置的差异而有所不同。一块直径10英里的巨石无论落在何处，几乎都可以摧毁地球上的任何地方。（相比之下，6 500万年前那颗杀死恐龙的小行星的直径约为6英里。）如果一个直径10英里的天体撞击到海洋中（鉴于陆地和海洋的分布，这个概率大概是70%），那么结果就会产生滔天巨浪，席卷地球所有角落，可能只有地球上最高的山峰可以幸免。没有东西能在海拔几千英尺以内的地方生存下来，所有沿海城市都会彻底消失。
这样一个直径10英里的小行星如果撞击到陆地，可能会对当地造成更大的直接破坏。无论哪片大陆不幸成为目标，1 000英里范围内的一切都将被抹去，大规模的火灾势必席卷整个大陆。在短时间内，相距较远的陆地可能有幸躲过惨烈的后果，但这样的撞击会使大量岩石和土壤蒸发，在一年甚至更长的时间里，它们会在大气中形成遮蔽阳光的云层。光合作用将几乎完全停止，植物将被摧毁，食物链进而崩溃。少数人也许能在这种恐怖的情景中幸存下来，但我们的文明无疑将被毁灭。
较小的小行星会造成较小规模的死亡和破坏，但是任何直径超过几百英尺的小行星，无论撞击到陆地还是海洋，都会带来超出我们想象的更大的自然灾害。这该怎么办？在当今面临如此多紧迫问题的情况下，我们是否应该忽视这种威胁，因为它太过遥远、太无关紧要？我们能做些什么来让一块大石头转向呢？
已故的卡尔·萨根（Carl Sagan）或许是近半个世纪以来最有魅力、最具影响力的科学代言人，他对小行星有很多想法。无论是公开场合还是私下里，他都主张国际社会应当采取一致的行动，其中最著名的要数他那史诗般的电视纪录片《宇宙》。他以讲述坎特伯雷大教堂修士的生动故事作为铺垫。1178年夏天，这些修士见证了一次月球上的猛烈爆炸，那是不到1 000年前的一次小行星撞击事件。如果这样的撞击发生在地球上，不计其数的人将丧命。“地球是巨大的宇宙竞技场中一个非常微小的舞台，”他说，“没有迹象表明会有来自宇宙别处的帮助。”
避免这类事件最简单的第一步就是，尽我们所能监测到那些难以捉摸的越地小行星，也就是尽可能地了解我们的敌人。我们需要配备带有自动化数字处理器的望远镜，来定位越地小行星，绘制它们的轨道，并预测它们将来的路径。这样的努力成本相对较小，而且已经在进行中。我们可以开展更多工作，但至少我们正在尽力而为。
那么，如果有一天我们发现了一大块岩石，预计几年后它将砸向地球，我们该怎么办呢？对于萨根以及科学界和军事领域的另一些人来说，小行星偏转是一种显而易见的策略。如果发射得足够早，即便是火箭发动机一个很小的推力，或者几次恰当的核爆炸，都可能改变小行星的轨道，将一次碰撞变成死里逃生。他认为，这种最终的必要性提供了充分的理由，足以开启坚定的太空探索计划。在1993年一篇富有先见之明的文章中，萨根写道：“由于小行星和彗星的危害一定也会影响银河系中其他有人居住的行星，如果存在这样的行星，那么各个行星上的智慧生命将不得不在政治上统一他们的家园，离开他们的星球，搬到邻近的星球上去。他们最终的选择和我们一样，都是宇宙航行或者灭绝。”
宇宙航行还是灭绝。为了长久生存，我们必须走出地球去占领邻近的星球。首先是在月球上建立基地，尽管从生活和工作的角度来说，我们这颗看起来泛着光亮的卫星仍将一直是个条件艰苦的地方。下一步是火星，那里有更丰富的资源，特别是大量冰冻的地下水，还有阳光、矿物和稀薄的大气。但这既不容易，代价也不会小。火星也不一定会很快成为一个欣欣向荣的殖民地。但定居于我们这个有潜力的邻居，或再将那里改造得更像地球，很可能是我们物种进化的下一个重要阶段。
两个明显的障碍可能会推迟甚至阻止建立火星基地。首先是钱。设计并实施一次火星登陆将花费数百亿美元，远远超出了NASA最大的预算，甚至在经济环境最好的时候也达不到。全球合作可能是唯一的选择，但如此大规模的国际计划是前所未有的。
宇航员的生存是另一个同样令人生畏的挑战，因为人们几乎不可能确保火星往返之旅绝对安全。太空环境严酷，即使是最坚固的太空舱，也无法阻挡无数沙粒大小的陨石子弹刺穿那层薄壳，无法预测太阳爆发带来的致命辐射。“阿波罗号”的宇航员进行了为期一周的月球之旅，他们非常幸运，没有发生什么不测之事。但一次火星之旅将花费数月时间，所有太空任务都带有赌博的成分，更多时间意味着更大的风险。
更重要的是，目前没有任何火箭技术可以让飞船携带足够的燃料到达火星并返回。一些发明家想到通过处理火星上的水来合成足量的燃料，补充燃料箱，但这项技术只是一个梦想，可能还有很长的路要走。也许更合理的选择是单程旅行，这种选择与NASA的传统相悖，但在高涨的社会舆论中越来越受推崇。如果我们派出一支探险队，他们没有燃料，但携带着可供使用多年的物资，有坚固的住所和温室，有一些种子，有大量氧气和水，有各种工具，可以从这颗红色星球上获取更多创造生命的资源，那么这样一次探险可能就会成功。这极度危险，但许多人类先锋的发现之旅就是如此，比如1519—1521年麦哲伦的环球航行，1804—1806年刘易斯和克拉克向西的探索旅行，以及20世纪初彼利和阿蒙森的极地探险。人类并没有失去这种冒险的欲望。如果NASA发布一张单程火星之旅的报名表，成千上万的科学家会即刻自愿报名。
5 000万年后，地球仍是一个生机勃勃的世界，它的蓝色海洋和绿色大陆发生了变化，但仍然可以辨认出来。我们人类的命运就没那么确定了。也许我们会灭绝。如果是这样，5 000万年足以抹去我们短暂统治的几乎所有痕迹，每一座城市、每一条高速公路和每一座纪念碑都会在千百万年前就风化殆尽。外星古生物学家不得不长期艰难地寻找我们这个消失的物种留下的最细微的近地表痕迹。
但是，人类也有可能生存下来并逐渐进化，向地球之外迁徙，先是占领我们邻近的行星，然后是我们邻近的恒星。如果是这样，如果我们的后代能进入太空，那么地球肯定会受到前所未有的重视，它会被当成保护区、博物馆、神殿和朝圣之地。也许只有离开我们的世界，人类才能真正感激我们诞生的地方。
地球的变化图：100万年后
在许多方面，100万年后的地球不会发生太大变化。当然，这些大陆会移动，但与它们目前的位置相比，移动距离不超过三四十英里。太阳仍会照耀大地，每24小时升起一次，而月亮仍会每个月绕地球运行一圈。
但有些事情会发生很大改变。在全球许多地方，不可阻挡的地质作用将改变地貌，最明显的变化将影响脆弱的海岸线。马里兰州卡尔弗特县是我最喜欢的地方之一，那里有数英里长的快速侵蚀的中新世悬崖，以及无穷无尽的化石储藏，这些都将完全消失。毕竟，这个县只有5英里宽，而且在以每年1英尺的速度变窄。照这个速度，卡尔弗特县连存在5万年都办不到，更不用说100万年了。
在其他州，地质过程会增加有价值的新地产。在夏威夷大岛东南海岸附近，一座新的海底火山已经有近两英里高（尽管它仍未露出海面），且每年都还在变高。100万年后，一座已被命名为罗希（Loihi）的新岛屿将从海浪之下升起。当然，西北部更古老的死火山岛屿，包括毛伊岛、瓦胡岛和考爱岛，都会随着海风和海浪的侵蚀慢慢变小。
说到海浪，科学家通过研究岩石记录寻找未来的线索，他们得出结论，海洋的前进和后退将极大地改变地球地形。随着大大小小的熔岩在海底凝固，裂谷火山活动的速率变化会带来一种长期影响。在海洋火山活动的间歇期，海底岩石冷却并沉降，海平面会显著下降。就像许多人猜想的，这在中生代晚期灭绝之前海平面急剧下降的时期曾发生过。地中海这样的大型内海的存在与消失，以及大陆的聚合与分裂，都造成了近岸浅海的范围发生重大变化，而浅海在100万年后对地圈和生物圈的形成又起到了重要作用。
100万年相当于几万代人，也就是数百倍的人类历史记录。如果我们生存了下来，地球表面可能会被我们不断发展的技术力量改变，并以我们无法想象的方式发生变化。但如果我们灭绝了，地球很可能会像现在一样继续坚持下去。陆地和海洋的生命会继续繁衍生息，地圈和生物圈的协同演化将很快恢复到工业化前的平衡状态。
超级火山：10万年后
与超级火山或溢流玄武岩造成的缓慢死亡相比，小行星撞击的突然灾难就显得黯然失色了。与地球上最主要的五次大灭绝间隔期相伴随的，包括巨石从天而降的那一次，是改变地球的火山活动。
这不能和一般的火山致死事件及其各种形式的破坏相混，其中包括急剧的熔岩流，就像居住在基拉韦厄火山山坡上的那些夏威夷岛民所熟悉的那样，熔岩流所经之处，所有的住宅都会被完全毁坏。它们是局部性的，具有可预测性，相对很容易避免。在常见的火山活动中，更致命的是充满碎屑的火山爆发和掉落的火山灰，这种火山爆发会喷出蒸气并释放大量炽热的火山灰，这些火山灰会以每小时100多英里的速度从山上冲下，把沿途的一切都烧成灰烬并掩埋。想想1980年华盛顿州圣海伦斯的火山爆发，和1991年6月菲律宾皮纳图博的火山喷发，要不是事先警告并进行大规模疏散，这两次爆发都会导致成千上万人死亡。更糟糕的是第三种常见火山活动，那就是大量细粒的灰尘和有毒气体喷射到大气中。
2010年4月的埃亚菲亚德拉和2011年5月的格里姆发生的两次冰岛火山灰喷发的规模相对较小，释放的碎片不到一立方英里。尽管如此，它们还是让欧洲的航空业中断了几天，并引发附近地区许多人的健康问题。1783年6月的拉基火山爆发是历史上规模最大的火山爆发之一，据估计，这次爆发释放了约五立方英里的玄武岩及相应的火山灰和气体，足以在欧洲上空造成持续存在的有毒烟雾。冰岛四分之一的人口死亡，一些人很快死于酸性的火山气体，更多人则是死于之后冬天发生的饥荒。这场灾难还影响了东南方一千多英里的土地，数以万计的欧洲人也死于拉基火山的长期影响，这些人大部分生活在不列颠群岛。1883年8月喀拉喀托火山爆发，随后的海啸席卷了爪哇岛和苏门答腊岛附近的海岸线，这造成了更多人死亡。而1815年4月坦博拉火山猛烈的爆发，产生了惊人的12立方英里的熔岩，这是所有火山爆发中最致命的一次。7万多人因此丧生，其中大部分是农业歉收和随后的大规模饥荒造成的。坦博拉向高空大气释放了大量阻挡阳光的含硫化合物，使1816年成为北半球“没有夏天的一年”。
超级火山喷出的蒸气
历史上的这种爆发让现代人无法想象，这是有原因的。尽管从死亡人数来看，这些火山事件比不上近几年印度洋和海地的地震，但是地震和火山之间有一个重要而骇人的区别：最大的地震规模受到岩石强度的限制。坚硬的岩石在破裂之前只能承受一定限度的应力，这个极限可以产生一场破坏性极强但限于局部的地震，也就是里氏9级地震。
相比之下，火山爆发在规模上没有明显的上限。事实上，地质记录提供了确凿的证据，表明历史上规模最大的火山爆发比人类有记载的爆发事件规模大100倍。这样的超级火山爆发会遮蔽全世界的天空许多年，改变远不止数千平方英里而是数百万平方英里的景观。最近的一次超级火山爆发发生在26 500年前新西兰北岛的陶波火山，它很可能释放了200多立方英里的熔岩和火山灰。苏门答腊岛的多巴火山曾在7.4万年前喷发，它释放了约672立方英里的喷发物。再有一场这样的灾难，现代社会遭受的影响将难以想象。
然而，尽管这些超级火山爆发比历史上有记载的任何一次大灾难规模都要大得多，它们仍然比不上导致大灭绝的大规模溢流玄武岩。与超级火山一次性的爆发不同，溢流玄武岩代表着持续数千年的剧烈火山活动。最大的事件都和全球性的大灭绝同时发生，它们产生了数十万到数百万立方英里的熔岩。目前已知最大的一次发生在2.51亿年前的西伯利亚，当时也是地球上最大的灭绝时期，现在在那里已经发现了50多万平方英里的玄武岩流。6 500万年前的恐龙灭绝通常被认为是小行星撞击导致的，但它也与印度巨大的溢流玄武岩——德干暗色岩同时出现，这片玄武岩面积近20万平方英里，代表了超过12万立方英里的新岩石。
这些巨大的地表特征不可能来自地壳和上地幔简单的再加工过程。目前有关溢流玄武岩形成的模型设想地球回归了最早的垂直构造时代，巨大的岩浆气泡从过热的核幔边界缓缓上升，致使地壳破裂，岩浆从寒冷的地表喷涌而出。这样的事件现在很少发生。一种情景假设是，溢流玄武岩之间大约有3 000万年的间隔，在这种情况下，下一次巨大的玄武岩似乎早就该来了。
我们的科技社会肯定会接收到有关这种事件的警告。地震学家将能追踪高温熔融的热流柱上升的过程。我们可能有几百年的时间来为这种灾难做准备。但是，如果人类进入了下一个超级火山时代，我们对地球上这种最激烈的爆发将束手无策。
冰的因素：5万年后
在可预见的未来里，决定地球大陆轮廓的最大因素是冰。在几百年或几千年这样较短的时间尺度上，海洋的深度与地球冻结的水的总量密切相关，包括冰盖、冰川和大陆冰原。这是一个简单的等式：陆地上结冰的水越多，海平面就越低。
过去是预测未来的关键，但我们怎么能知道历史上海洋的深度呢？卫星对海平面的观测固然非常精确，但这仅限于过去20年间。验潮仪的测量虽然没那么精确，而且会受到局部情况的影响，但它们能够追溯到约一个半世纪以前。海岸地质学家可以采用的方法是为古老的海岸线标记绘图。升高的海滩阶地就属于这样的标记，我们可以在上万年前沉积的近岸堆积中发现它，不过其升高的特征只能可靠地揭示水位较高时期的状况。珊瑚一定生长在海洋的浅水日照区域，珊瑚的位置可以提供更久远的记录，但这样的岩层通常会经历隆起、沉降或倾斜的事件，它们都会混淆记录。
许多科学家现在把注意力放在一种不太明显的海平面指标上，那就是微小的贝壳中氧同位素的变化比率。这样的比率能告诉我们的比天体到太阳的距离（也就是我们第二章讨论的）所能告诉我们的要多得多。由于氧同位素对温度十分敏感的特性，它也是揭示地球冰层的历史体积和远古海平面变化的关键。
即便如此，冰的体积和氧同位素之间的关系还是难以捉摸。到目前为止，最丰富的氧同位素是较轻的氧-16（有8个质子和8个中子），它约占我们呼吸的氧的99.8%。大约每500个氧原子中就有1个原子是较重的氧-18（有8个质子和10个中子）。这意味着，海洋中每500个水分子中就有1个比平均值要重。当太阳加热赤道的海水时，含有较轻的氧-16的水比含氧-18的水蒸发得要快一些，这就让低纬度云层中的水比海洋中的水平均要轻一些。当云层上升到较冷的区域时，含有较重的氧-18同位素的水凝结成雨滴的速度比含氧-16的要快一点，云中的氧变得比以前更轻。当云层不可避免地移向两极时，它们中水分子的氧比海水中的氧要轻得多。当这些极地的云层将其中的水释放到冰盖和冰川上时，更多较轻的同位素被锁在冰层中，使海洋中的分子变得更重。
在全球冷却达到顶峰的时期，地球上超过5%的水可以被冻成固体，海洋中的氧-18变得格外丰富。在全球变暖和冰川消退的时期，海洋中氧-18的水平下降。因此，逐层仔细测量海岸沉积物中氧同位素的比值可以揭示地球表面有没有冰，有的话冰是如何随时间变化的。
罗格斯大学的地质学家肯·米勒（Ken Miller）和其同事一直致力于这项艰难的工作，他们花了几十年时间仔细研究了覆盖新泽西沿海地区的厚厚的海洋沉积物。这些沉积物的记录可以追溯到一亿年前，其中包含着大量被称为有孔虫的微型化石壳。每一个微小的有孔虫都保存着它们生长时海洋中氧同位素的含量。通过对新泽西沉积物中氧同位素的逐层测量，可以简单准确地估计出随时间变化的冰量。
在近期的地质历史中，冰层似乎时常增增减减，在几千年的时间尺度上，海平面也相应地发生了巨大变化。在最近冰期的顶点，地球上超过5%的水结成了冰，使海平面比现在低了大约300英尺。人们认为，大约两万年前，在这样的低海平面时期，亚洲和北美之间出现了一座陆桥，横跨现在的白令海峡，这是人类和其他哺乳动物进入新世界的最初通道。在这段冰冻的时间里，还没有英吉利海峡，一个干燥的山谷把不列颠群岛和法国连在一起。相反，在全球变暖最严重的时期，大片冰川消失，冰盖消退，海平面不断上升，比今天高出300英尺，淹没了全球数十万平方英里的沿海地区。
米勒和其同事发现，在过去900万年里出现了超过100次冰川进退的循环，仅在过去的100万年里，这样的事件就发生了至少12次，这些变化表明，海平面的剧烈波动达600英尺。尽管每次循环的细节或许有所不同，但这些事件显然是周期性的，与所谓的米兰科维奇旋回相关，这个旋回是以塞尔维亚天体物理学家米卢廷·米兰科维奇（Milutin Milankovitch）命名的，他在约一个世纪前发现了它。他发现，众所周知的地球绕太阳公转的变化，包括地球的倾角、椭圆轨道和自转轴的轻微摆动，分别会导致气候以大约20年、41年和10万年的周期发生变化。这些变化都会影响照射地球的阳光量，从而对全球气候产生深远的影响。
那么，接下来的5万年呢？我们相信海平面一定会继续大幅度地变化，还会出现更多次的上升和下降。有时，很有可能是在接下来的两万年里，冰盖会增大，冰川会前进，海平面会下降200英尺甚至更多，这样的海平面高度在过去100万年中至少出现过8次。这种变化将对全球的海岸线产生巨大影响。美国东海岸将向东移动许多英里，浅海地区的大陆坡会被暴露出来。从波士顿到迈阿密，东海岸的所有大型港口都将成为又高又干旱的内陆城市。一座新的陆桥将连接阿拉斯加和俄罗斯，不列颠群岛可能会再次成为欧洲大陆的一部分。与此同时，沿大陆架地区形成的世界上最高产量的渔场将变成旱地。
对海平面而言，有下降就必有上升。或许很有可能，在接下来的1 000年里，海平面会上升100英尺甚至更多。这种程度的海平面上升从地质标准来看是相当温和的，但它将使美国地图几乎变得无法辨认。海平面上升100英尺会淹没东海岸的大部分沿海平原，使海岸线向西移动100英里。所有主要的沿海城市，包括波士顿、纽约、费城、威尔明顿、巴尔的摩、华盛顿、查尔斯顿、萨凡纳、杰克逊维尔、迈阿密等城市，都将被淹没。洛杉矶、旧金山、圣迭戈和西雅图也将消失在海浪之下。几乎整个佛罗里达州都将不复存在，那里独具特色的半岛也会淹没在浅海中。特拉华州和路易斯安那州的大部分城市也将被淹没在水下。世界上的其他地区，海平面上升100英尺带来的后果将更加严重。对荷兰、孟加拉国和马尔代夫这样的国家来说，整个国家都会消失。
地质记录非常明确地表明，这些变化将再次发生。如果像大多数专家怀疑的那样，地球正在迅速变暖，那么海平面将迅速上升，可能以每10年一英尺的速度上升。仅仅在长期的全球变暖过程中，海水的热膨胀就能够使平均海平面上升10英尺。这样的变化将给人类社会带来挑战，但对地球的影响并不大。
毕竟，地球是不会终结的，但我们的世界会。
变暖：100年后
我们大多数人对未来的几十亿年，或几百万年，甚至一千年都不太关心。我们大多数人都只关注短期问题——10年后我将怎么供孩子上大学？明年我能升职吗？下周股市会上涨吗？晚饭吃什么？
这样说来，我们没什么可担心的。除非发生不可预见的巨大灾难，否则明年以及10年后的地球看起来都和今天差不多。即使我们经历了一个异常炎热的夏天，度过了一个农作物枯萎的干旱期，或者遭受了一场异常猛烈的风暴，一年和另一年的差异都可能是非常小的，我们根本察觉不到。
完全可以肯定的是，地球会继续变化。当前的指标表明，全球变暖和冰川融化即将到来，这很可能是受人类活动影响并加速发生的。在接下来的100年里，这种变暖的后果将以诸多不同的方式影响到许多人。
2007年夏天，我参加了一场科维里未来研讨会，会议在伊卢利萨特举办，那是格陵兰岛西海岸的一个小渔村，在北极圈以南不远的地方。对讨论未来而言，这是一个幸运的选择，因为在我们舒适的北极酒店的会议中心之外，变化就在发生。一千年来，这个港口位于巨大的伊卢利萨特冰川裂冰作用的前端附近，这里曾是一个资源丰富的渔场。一千年来，由于港口每年都会结冰，渔民们都会在冬天冰钓。这种情况一直维持到进入千禧年。2000年，这个港口第一次（至少在一千年口口相传的历史中）保持开放，没有冻上。这座巨大的冰川是一处联合国世界遗产，它正在以惊人的速度后退，经过几十年的稳定期后，它在三年内后退了近6英里。另一个变化是，一千年来，伊卢利萨特和附近的原住民村落一直没有虫害，但是从2007年开始，蚊子和黑蝇会在每年8月入侵这里。这些都是奇闻逸事，但也明确表明了重大而不可逆转的变化。
类似的变化全球都在发生。切萨皮克湾的船工报告，与几十年前相比，高潮的水位仍在持续上涨。撒哈拉沙漠北部逐年向北推进，曾经肥沃的摩洛哥农田土地变成了沙漠，南极冰架正在以越来越快的速度融化并崩塌，全球平均气温和水温都在上升。这些都是持续变暖模式的一部分，这种模式地球在过去经历过无数次，在未来也将经历无数次。
变暖还可能产生其他影响，有时这些影响是自相矛盾的。墨西哥湾流是一股巨大的洋流，它让温暖的海水从赤道流到北大西洋，湾流的动力来自赤道和更高纬度地区之间强烈的温差。如果像一些气候模型所显示的，全球变暖降低了这种温度对比，那么墨西哥湾流可能会变弱，甚至停止。讽刺的是，一个直接的后果是不列颠群岛和北欧比现在要冷得多，因为那里的气候受墨西哥湾流的温和影响。其他洋流，例如从印度洋到经过非洲之角到南大西洋的洋流，也会受到类似的影响，可能导致温和的南非气候发生类似的变化，或者导致季风雨发生变化，这些降雨使亚洲部分地区现在保持着湿润和肥沃。
当冰融化时，海平面上升。一些严肃的预测显示，在下个世纪里，海平面的上升幅度可能高达两三英尺，尽管根据近期的岩石记录，海平面时不时会出现每十年加快升高几英寸的情况。这样的海平面变化将会影响全世界许多沿海的居民，可能会让从缅因州到佛罗里达州的土木工程师和海滨业主们头疼不已，但在人口最密集的沿海地区，海平面升高几英尺或许是可控的变化。在这段时间里，也就是一两代人的时间里，大多数居民不会为了海水侵占陆地的问题过于担心。
一些动植物物种可能就没那么幸运了。北极冰层的消失将缩小北极熊最熟悉的栖息地，这给正在减少的北极熊种群增加了更多挑战。气候带向两极的迅速变化也可能给其他许多受到威胁的物种带来生存压力，尤其是鸟类，因为它们特别容易受到迁徙筑巢和觅食区变化的影响。最近一份报告估计，全球平均温度上升个几度，可能就会导致欧洲的鸟类灭绝率接近40%，在澳大利亚东北部繁茂的雨林中，鸟类灭绝率则会超过70%，而这种温度的上升完全在一些气候模型对下个世纪的预测范围之中。另一份发人深省的国际报告发现，在已知的约6 000种青蛙、蟾蜍和蝾螈中，近三分之一面临着同样的威胁，这主要是由于一种致命的两栖动物真菌疾病会在温暖的环境中快速传播。不管下个世纪还会发生什么，我们的确进入了一个加速灭绝的时代。
下个世纪中的一些变革性事件也会是瞬时发生的，它们有些一定会发生，有些则是很大概率会发生，比如大地震的破坏、超级火山的喷发，或是一英里宽的小行星的撞击。人类社会往往无法应对百年一遇的风暴或地震，更不用说应对千年一遇的真正灾难了。当我们阅读地球的故事时，我们会看到这些令人震惊的事件是常态，它们无法避免，是我们星球历史的一部分。然而，我们却把城市建在活火山的两侧，以及地球上一些最活跃的断层带上，期望在所处的这个时代，我们能躲过构造问题的“子弹”（甚至来自宇宙的“导弹”）。
在极缓慢和极快速的事件之间，是波动的地质过程，这些过程通常需要数百或数千年的时间，比如气候、海平面和生态系统的变化，一般就需要几代人的时间才会被注意到。我们最关心的应该是这些变化的速度，而不是变化本身。因为气候、海平面和生态系统都会达到一个临界点。如果推得太远，正反馈循环就会起作用。通常需要1 000年时间的事情，可能就会在10年或20年的时间里发生。
自满自大很容易，尤其是在对岩石进行错误解读的情况下。在2010年之前的一段时间里，由于对5 600万年前的类似情景正在进行的研究，人们对现代的担忧得到了某种程度上的缓解。当时，一次大灭绝极大地影响了哺乳动物早期的进化和扩散。这次严酷的事件被称为古新世-始新世最热事件，简称PETM，它见证了数千种物种相对突然的消失。PETM对我们这个时代很重要，因为它是地球历史上有较好记录的温度变化最快的时期。火山事件引起了大气二氧化碳和甲烷浓度相对快速的增加，这两种吸热的气体所导致的温室效应，引发了一千多年的正反馈和相应的温和的全球变暖。一些研究人员认为，PETM与今天的情况非常类似，这当然是很糟糕的，全球温度上升了近10度，海平面迅速上升，海洋酸化，生态系统明显地向两极移动，但还没有达到威胁大多数动植物生存的灾难性的程度。
宾夕法尼亚州立大学的地质学家李·孔普（Lee Kump）和他的同事最近得到了一些惊人的发现，这可能已经摧毁了任何保持乐观的理由。2008年，孔普的团队得到了一个从挪威采样的钻孔岩芯，其中保存了PETM整个时期的记录，沉积岩一层一层地详细记录了大气二氧化碳和气候变化的速率。坏消息是，10多年来一直被认为是地球历史上最快速的气候破坏的PETM其实是由大气变化引发的，而那种大气变化的强度不足如今的十分之一。在PETM的灭绝场景中，用一千年时间形成的大气成分和平均温度的全球变化，在过去一百年就已经被超越了，因为人类燃烧了大量富含碳的燃料。
这种快速变化史无前例，也没有人知道地球将做如何反应。2011年8月，在布拉格举办的3 000名地球化学家参与的会议上，熟悉新的PETM数据的气候专家很冷静。尽管这些谨慎的专家所做的公开预测仍然十分保守，但我在酒后闲聊时听到的评论是悲观的，令人害怕。如果温室气体的浓度上升过快，没有已知的机制可以吸收多余的气体。变暖会引发大量甲烷释放，并引起这种情况可能带来的正反馈吗？海平面会像过去屡次发生的那样，迅速上升几百英尺吗？我们正闯入无知之地，在地球上进行一次构思不周的全球规模的实验，它也许与以往任何一次都不同。
