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离开世外仙境黄石公园,来到东半球的西班牙南部,这里有一条堪称“人间地狱”的河——力拓河(rio tinto)。
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远在3亿多年前的石炭纪,这一带还深深淹没在海平面下,但持续的地质活动撕破了海床,将大量沉积物从地壳深处带了上来,堆积在那里。经过一番沧桑巨变,这些热液沉积物渐渐升上了陆地。于是,从3000年前的青铜时代开始,人类就被这些沉积物中丰富的矿藏吸引而来,伊比利亚人、腓尼基人、罗马人、西哥特人、摩尔人、西班牙人一边收获着富饶的铜矿、银矿、金矿和铁矿,一边彻底重塑了力拓河流域的整个地貌。特别是在1873年,一家英国矿业公司买下了力拓河的采矿权,迅速崛起为世界级的跨国矿业公司,它就是今天的“力拓集团”(Rio Tinto Group)。
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图2—77 力拓河沿岸。(来自Liseykina | Dreamstime.com)
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然而,在金银与财富的背后,采矿制造的废水被肆无忌惮地排入河中,今天的力拓河已经彻底变成一条硫酸河,河水因为富含铁和锰的阳离子而变成暗红色,pH值更降到2左右,比消化食物时的胃液的酸性还强,河流两岸草木不生,虫虿绝迹。III
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但这样的强酸炼狱同样不是生命的禁区,数不清的极端嗜酸的微生物在河水中欣欣向荣。酸硫杆菌(Acidithiobacillus)喜欢上层的河水,它们利用氧气把亚铁离子和各种硫化物氧化成铁离子和硫酸,由此获得充沛的能量,并且把二氧化碳变成了各种有机物。嗜酸菌(Acidiphilium)则是酸硫杆菌形影不离的好朋友,因为它们的主食就是酸硫杆菌排泄的有机酸和铁离子,它们从铁离子氧化有机酸的反应中获得能量,又反过来给酸硫杆菌提供了二氧化碳和亚铁离子。
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图2—78 河水像红酒一样。(来自Elena Pavlova | Dreamstime.com)
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河中微生物的友谊还不止于此。互营杆菌(Syntrophobacter)会汲取酸硫杆菌制造的硫酸,再用硫酸把丙酸氧化成乙酸和二氧化碳,并由此获取能量。给它们制造丙酸的是甲烷丝菌(Methanosaeta),而它们废弃的乙酸又正是甲烷丝菌最喜欢的食物。甲烷丝菌会把乙酸分解成甲烷和二氧化碳,从中获取能量,并制造出包括丙酸在内的各种有机物IV。
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除了上面提到的“天堂”与“地狱”外,地球上还有许多处奇妙的梦幻之地。在西非塞内加尔首都达喀尔东北35千米的佛得角半岛北部,有一个面积只有3平方千米的潟湖,它被称为雷特巴湖(Lake Retba)。
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所谓潟湖,就是海湾周围的沙洲越积越大,最终把海湾的出海口完全封死,闭塞形成的湖泊。雷特巴湖的水深只有1米左右,当地受副热带高压影响降雨很少,终日在炽热的阳光下暴晒,湖中盐分很快浓缩到了饱和的地步,平均1升湖水就含有380克盐。于是,当地人就会全身涂满油脂,走进湖中,用竹竿打捞湖底大块的结晶盐,以出售湖盐为生。
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但是,每年12月的旱季,在湖水盐度最高的时候,雷特巴湖就会从盐场摇身一变,成为旅游胜地“玫瑰湖”(Lac Rose)——因为此时的湖水会突然变成娇艳的粉红色,叫人啧啧称奇。
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无独有偶,澳大利亚处在南半球的副热带高压控制之下,在维多利亚州有个粉红湖(Pink Lake),在西澳大利亚州也有个粉红湖,还有个希利尔湖(Lake Hillier),都是蒸发量非常大的高盐度湖泊,也都有相同的变色现象——在世界各地,凡是盐浓度极高且光照充沛的浅层水体,都有可能变成粉红色。
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当然,这不是什么神秘的魔法,我们现在知道,湖水的颜色来自一些极端嗜盐的微生物,尤其是杜氏盐藻(Dunaliella),一种单细胞的绿藻,它们会合成大量的β-胡萝卜素,用来抵御强烈的紫外线,从而把湖水染成了粉红色;它们还能高效地合成甘油,用来抵御高盐度湖水中的渗透压。所以,在这些盐湖之中,还有一群被称为盐杆菌(Halobacterium)的原核生物欣欣向荣,它们从杜氏盐藻制造的氧气和甘油中获取能量,但也不会错过盐湖中充沛的光能,它们的细胞膜上有一种独特的蛋白质,被称为菌视紫红质(bacteriorhodopsin),可以直接把光能变成化学能,再把二氧化碳变成有机物。V
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图2—79 停在湖岸边的采盐小船,岸上成堆的晶体就是湖盐。多数时候,湖水是黄褐色的。(来自Mariusz Prusaczyk | Dreamstime.com)
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图2—80 这个湖就在海岸边,狭窄沙堤的另一侧就是大西洋。(来自Konstantin Kopachinskii | Dreamstime.com)
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图2—81 维多利亚州的粉红湖,一个沙漠边缘的盐湖。(来自Wallixx | Dreamstime.com)
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离开这些千奇百怪的地方,让我们回到熟悉的人类文明中来。21世纪已经过去了五分之一,日渐加剧的全球变暖已经成为举世瞩目的环境问题。在众多对策中,让发达国家减少牛羊肉的消耗呼声渐高——这些反刍动物会在打嗝放屁的时候释放大量甲烷,而甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍,人类活动造成的温室效应有14%都要归功于它们。VI
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那么,牛和羊又为什么能制造甲烷呢?
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