宇宙自然生命簡史：40 美麗而危險的一氧化二氫
地球被一種化合物主宰著，這種化合物無色無味，但性情多變，有時剛開始還溫柔得很，但突然間就翻臉要你命。在不同的形態下，它可以燙傷你也可以凍死你。它與某些有機分子一聯手，就能形成碳酸。這種化合物很惡劣，它剝光樹上的葉子，吃掉雕像的俏臉。大量的一氧化二氫聚在一起時，一旦狂暴起來，任何人類的建築物都無法擋住它們兇猛的進攻。有些人看上去很適應它們，這些人可以在這些化合物中像鳥兒一樣飛翔，但遺憾的是，每年都會有很多這樣的人死在它們手上。我想大家都知道，這種化合物還有一個非常通俗的名稱——水。關於把水叫成一氧二化氫這事，還有一個很著名的段子，這個段子流傳的特別廣，據說最早可以追溯到 1990 年，老外編的這個段子是這樣的：
一氧化二氫的危險包括：
儘管有如此的危險，一氧化二氫常常被用於：
然而，政府和眾多企業仍然大量使用一氧化二氫，而不在乎其極其危險的特性。
這個段子大約在 2012 年傳入我國，上當的人不計其數，甚至包括大名鼎鼎的 CCTV ，我們來聽一小段央視 2012 年 4 月 14 日《東方時空》節目真相調查版塊的實況錄音。（http://news.cntv.cn/program/dongfangshikong/20120414/118392.shtml 38:57開始）播音員當然是悶頭念稿子，不會去多考慮稿子上寫了什麼，但是這個寫稿子的人顯然也是這個段子的上當者，他顯然沒有意識到一氧化二氫就是水。
水無處不在。一顆土豆的 80% 是水；一頭牛 74% 是水；一隻細菌 75% 是水；而一隻番茄，95% 都是水，除掉水就基本沒什麼了。平均下來，水佔了人體比重的 70% ，也就是說，一個人身上的液體與固體組織之比大於 2：1。水是一種挺奇特的東西，它們透明，沒有固定的形狀。水是沒有味道的，但我們都很愛品嘗。雖然我們很清楚水是危險的，根據世界衛生組織的估計，每年溺死 38 萬人，但我們卻又迫不及待地跳進去嬉戲一番。
正因為水無處不在，所以我們往往會忽略它的獨特性。實際上，水的很多化學性質都是相當獨特的，與地球上的其他液體很不一樣。大多數液體遇冷會收縮，水也不例外，但是水卻在收縮到某一個程度後就會停止。當水快要接近冰點的時候，它就開始有悖常情地膨脹，這個現象特別不可思議。當它變成固態的冰之後，體積差不多會增大 10%。正因為這樣，冰會漂浮在水上。在一些化學家看來，這是一種極為古怪的特性，其他常溫下的液體在轉變成固體後，體積一般都會減小，也就是說密度會增大。但要不是有了這種閃亮的逆反個性，冰就會下沉，湖泊和海洋就會自下而上地結冰。沒有了水面冰層的保溫作用，水就會更快地散失熱量，變得更冷，結更多的冰。很快，甚至連整個海洋都會徹底凍住。幾乎可以肯定一凍住就會持續很久很久，可能是永遠，那麼生命也就無從談起了。謝天謝地，化學和物理法則為水另闢了蹊徑。
人人都知道水的化學分子式是 H20，表明水分子是由一個大大的氧原子聯結著兩個較小的氫原子組成的，氫原子緊緊地抱住了它們的氧原子主人，但同時又隨手牽著別的水分子。因此，水分子的這種特性很像是在跳某種舞蹈，頻繁地更換舞伴。一杯水看上去挺平靜的，但實際上裡面的水分子每秒鐘要更換 10 億次夥伴。所以它們能粘合在一起形成水池和湖泊，但是當你跳進去時，又會發現它們其實粘合得又不至於緊到密不可分。實際上，在任一時刻，只有 15% 的水分子結合在一起。
在一定意義上，這種結合是非常牢固的。這就是為什麼水分子會沿著虹吸管上升；兩滴水能迅速地融合成一滴水。水與水之間的這種結合力還產生了表面張力，我可以用一個比較通俗的畫面來讓你理解表面張力的產生原因。你現在可以把每一個水分子都想像成是一個千手觀音，它拉著別人，也被別人拉，在水的內部，一個水分子受到的合力為零。但是到了水與空間的交界面就不一樣了，每個水分子伸向空氣中的手拉不到別的水分子的手了，於是，向下拽的力量就會更大一些，這就是使得液體總是有向內收縮的趨勢。一滴在空氣中的水滴是圓滾滾的形狀，如果在失重狀態下，水滴就會成為一顆滴溜溜的圓球。表面張力會在會在水的表面形成一張薄膜，足以支撐昆蟲在上面行走，石塊在上面打水漂。
沒有了水，我們活不下去，這一點不用我給你特意指出了。一旦脫水，人體就會迅速變形。只需要短短几天，嘴唇就會消失，有人這麼描述脫水：「好像被割掉了，牙床發黑，鼻子縮得只有原來的一半長，眼睛周圍的皮膚皺縮得連眨眼都不行了。」水對於我們是如此的重要，以至於人們很容易忘記地球上絕大多數的水對我們是有毒的，而且是致命的毒，因為，它們含有鹽。
沒有鹽，我們也活不下去。但是，又不能太多，我們只需要一點兒就夠了。在一升最普通的海水中大約含有 2 茶匙的食鹽和大量的其他元素化合物以及可溶性固體物，所有這些我們也統稱為鹽類。所有這些鹽類與礦物質在體液中的含量竟不可思議地與海水中的含量很接近。難怪卡爾·薩根會說我們出的汗是海水，流的淚也是海水。但奇怪的是，我們卻又無法忍受海水直接進入人體。如果攝入了大量鹽，人體的新陳代謝系統很快就會陷入危機，每一個細胞中都會湧出大量的水分子，它們就像自願消防員一樣，努力地稀釋並帶走突然增加的鹽分。結果，細胞嚴重脫水，喪失正常功能。在極端情況下，這種脫水將導致疾病發作、昏迷和大腦損傷。與此同時，血液會把鹽帶入到腎臟中，最終導致腎衰竭，然後你就會死去。這就是為什麼我們不能飲用海水的原因。講到這裡，我想起方舟子先生和崔永元先生互掐的時候，方舟子先生有一次說草甘膦的毒性還不如食鹽的毒性，崔永元先生聽了哈哈大笑，發微博說那就請方舟子先生喝一瓶草甘膦讓我們看看死不死。方舟子先生聽完也哈哈大笑，發推特說喝一瓶濃鹽水死的更快。如果在同等濃度下，草甘膦的毒性確實不如食鹽，也就是氯化鈉。
全球水的總量大約是 13.8 億立方千米。這個量一直就沒有什麼變化。因為整個系統已經閉合，說得明白一點，就是水再也不會增加，也不會減少。你喝的每一口水在地球很年輕的時候就已經存在了。至少在 10 億年前，海洋在總體上就已經達到了現在的規模。而在 38 億年以前，地球上的水就已經達到了現在的規模。
水域又被稱之為水圈。它的絕大部分是海洋。地球上 97% 的水存在於海洋中，其中最大的部分是太平洋，它比所有的陸地加起來還大。太平洋擁有超過一半的地球總水量，是 51.6%，大西洋是 23.6%，印度洋是 21.2%，剩下的 3.6% 由其餘所有的海洋分享。海洋的平均深度是 3.7公里，而太平洋的平均深度又比大西洋和印度洋多 300 米。
地球表面的 60% 都是平均深度 4000 米的洋底，所以，我看把我們的行星稱之為水球，而不是地球會更貼切。
地球上只有 3% 的水是淡水，絕大部分是冰川的形式。只有很少的這麼一點兒，大約 0.015% 存在於江河湖泊中。更加少的一點兒，大約 0.001% 存在於雲和水蒸氣中。地球上有 90% 的冰在南極洲，剩下的大部分在格陵蘭島。你站在南極大陸上，你其實是站在超過 2.2 公里厚的冰層上，你在南極如果撿到一塊石頭，幾乎可以肯定就是隕石。而在北極的大部分地區，就只有 3 - 4 米厚。單單一個南極洲，就擁有 2650 萬立方千米的冰，要是全部融化，足以讓海洋上升 58 米。但把大氣中所有的水都降到海洋中，卻只能抬高 2.5 厘米。
順便說一句，海平面只不過是一個純理論上的概念。海面並不是完全平的。由於潮汐、風、科里奧利效應等各種因素的存在，大洋與大洋之間的水位並不相同，甚至在同一片大洋中，也是不同的。由於地球的自轉，太平洋的西部邊緣要高出 45 厘米。要理解成因，你可以試著拉動一盆水，你會發現水會朝著與盆相反的方向流動，就好像水很不情願被盆帶走似的，我們都知道，這叫慣性。地球自西向東轉，因此水就會向著西邊推高。
自古以來就對人類如此重要的海洋，居然遲遲引不起科學界的興趣，這一點真讓人驚訝。直到人類進入了 19 世紀，我們對海洋的知識大多還只是來自那些被衝上海灘的東西，或是漁網裡撈上來的一點東西。而所有寫在書上的內容大多來源於趣聞軼事和一些缺乏證據的假想。到了19 世紀 30 年代，一位叫福布斯（Edward Forbes）的英國博物學家在勘察了大西洋和地中海的海床之後，宣布 600 米之下的海里沒有生命。這在當時看來，是一個很合理的假設。因為，在那個深度的水下見不到陽光，所以也就不會有植物，而海水的壓力又極大。但是，到了 1860 年，有一條海底電纜被拉上來維修，它原本位於水下超過 3 千米的深處，結果人們非常吃驚地發現，在電纜上長了厚厚的一層珊瑚、蛤蜊和其他一些活著的小生物。
直到 1872 年，才有了第一次真正有組織的海洋考察。不列顛博物館、皇家學會和英國政府共同組建了一支考察隊，乘坐一艘叫「挑戰者號」的退役戰艦，從朴茨茅斯港（Portsmouth）出發。在三年半的時間裡，他們環遊世界，對海水取樣，撈捕魚類，分檢海底沉積物。但他們的工作極為單調乏味。出發時共有 240 名科學家和海員，但最後竟有四分之一的人開了小差，至少 8 個人不是死亡就是發了瘋。歷史學家薩曼薩·溫伯格（Samantha Weinberg）在書中寫道，「長年累月的單調生活使他們頭腦麻木、精神錯亂。」但就是這樣，他們在大海中航行了近 7 萬海里，收集了超過 4700 種新的海洋生物，積累的資料足以編成 50 卷本的考察報告（共花了 19 年才編撰完成）。他們為世界創造了一門新的學科：海洋學。他們還在測量海底深度的時候，發現在大西洋中部的海底似乎有海底山脈。這讓發現者有點兒小激動，因為他們推斷那就是傳說中已消失的亞特蘭蒂斯古陸。
因為正經的學術界一直對海洋不太重視，所以我們關於海底的早期知識大多是由為數不多的業餘愛好者發現的。現代深海探索始於 1930 年的畢比（Charles William Beebe）和巴頓（Otis Barton）。儘管他倆一直是地位平等的合作夥伴，但文字記載卻總是更青睞於經歷多姿多彩的畢比。他於 1877 年出生於紐約的一個富裕家庭，在哥倫比亞大學攻讀的專業是動物學，畢業後在紐約動物學會找了一份養鳥的工作。對這份工作厭倦後，他決定過一種冒險家的生活，在此後的四分之一個世紀中，他的足跡遍布亞洲和南美洲，並且總是擁有一些漂亮的女助手，這些助手都有一個很特別的頭銜，比如，「歷史學家兼技術員」，「魚類問題助理」等。努力的結果是他寫出了不少很成功的通俗讀物，例如《叢林邊緣》、《叢林中的日子》，也寫了幾本關於野生動物和鳥類學方面的好書。
20 世紀 20 年代中期，畢比跑到加拉帕戈斯群島玩了一圈，在那裡他找到了「懸垂的樂趣」，也就是深海潛水。不久之後，他開始與巴頓合作。巴頓與畢比有些相似之處，家境甚至更富，他們都是哥大的校友，同樣熱衷於冒險。巴頓拿出了 12000 美元投資設計製造了世界上第一個深潛球。但胸悶的是人們總把這項榮譽算到畢比的頭上。所謂的深潛球其實就是一個小小的、但堅固無比的小鐵箱，用了 3.8 厘米厚的鑄鐵製成，並帶有兩扇 7.8 厘米厚的石英板舷窗。最多能容納 2 個人，不過，這 2 個人必須做好親密接觸的心理準備。即使以當時的技術標準來衡量，也算不上複雜。這個鐵球吊在一根長長的電纜下面，操作極不靈便。呼吸維持系統就更簡陋了，中和呼出的二氧化碳只能靠打開的石灰罐子，用一小盆氯化鈣來吸收水汽。有時，他們還得煽動棕櫚葉子來加快化學反應。
但是，就是這麼個小小的深潛球幹得卻相當不錯。1930 年 6 月在巴哈馬群島的首次下潛，巴頓和畢比就創造了深潛 183 米的新世界紀錄。到了 1934 年，他們更是將該記錄提高到了超過 900 米，並一直保持到二戰之後。深潛球在下潛的過程中，每一個螺栓和鉚釘都會發出清晰的聲響，很是嚇人，不過巴頓對安全地下潛到 1400 米很有信心。無論潛到多深，都是一件勇敢而危險的工作。在 900 米的水下，深潛球小小的舷窗承受的壓力是每平方英寸 19 噸。一旦壓力突破了它的承受極限，死亡就是分分秒秒的事情。在畢比寫的文章和做的廣播節目中，他經常說自己隨時都會報銷。不過，巴頓和畢比最擔心的其實是海上的船舷，那上面掛著一個沉重的鐵球和 2 噸重的電纜，一旦斷掉，他倆就會一直沉到海床上，那誰也救不了他們了。
他們的下潛壯舉雖然史無前例，但是卻並未取得太多有價值的科學成就。他們確實記錄了許多過去從未發現過的生物，只是水下的能見度極低，兩人又都沒有受過系統的海洋學教育。所以他們不能用一種真正的科學家所渴望的方式去描述他們的發現，缺乏某些重要的細節。深潛球沒有外部燈光，僅有的只是一盞手持式的 250 瓦的燈泡，他們拿著湊在舷窗前。超過 150 米的水下實際上已經是不透光的了。而他們又是隔著 7.6 厘米厚的石英板費力地朝外張望。所以他們能看到的東西也只能是那些剛好有興趣來看看他們的東西。結果，他們所有的報告，無外乎說看到了一些奇怪的東西而已。在 1934 年的一次下潛中，畢比說「吃驚地看到了一條巨蟒，有 5 米多長，很粗」。巨蟒遊動的太快，以至於只看到了一個影子。不管它到底是什麼，總之後來再也沒有人見到過。因為他們的報告總是這樣含含糊糊的，所以無法引起學術界的重視。
1934 年又一次打破他們自己保持的深潛紀錄後，畢比對深潛喪失了興趣，他轉向了其他的冒險活動，但巴頓還在堅持。值得稱道的是，每當有人問起畢比，他總是說真正的策劃者是巴頓。但巴頓不知怎麼就是走不出畢比的陰影。他也寫了不少關於水下冒險的精彩故事，甚至還主演了一部好萊塢的電影——《深淵巨物》（Titans of Deep），虛構了一些在深潛球中發生的驚心動魄的遭遇，比如遇到兇猛的大烏賊等。他甚至還給駱駝牌香煙做廣告（廣告詞是：「抽了它們，神經不緊張」）。到了1948 年，他把深潛紀錄又提高了 50%，達到了 1370 米，潛水地點是在加州附近的太平洋上，但是整個世界似乎決定要無視他。有家報紙登的一篇《深淵巨物》的影評中說電影的主演是畢比，哎，可憐的巴頓。好在，我沒有忘記巴頓。然而，儘管畢比和巴頓非常努力，但是，一對來自瑞士的父子組合沒過多久，就把畢比和巴頓的記錄遠遠地甩在了身後。欲知後事如何，科學有故事，咱們下期接著聊。
值得一看
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