《万物简史》
第18章：无垠的海洋
想象一下，试图生活在一个由一氧化二氢主导的世界里，这种化合物无味无臭，性质多变，通常是温和的，但在其他时候却能迅速致命。根据其状态，它能烫伤你或冻僵你。在某些有机分子存在的情况下，它能形成碳酸，其腐蚀性足以剥光树叶，侵蚀雕像的面容。当它大量存在并被搅动时，其冲击力没有任何人类建筑能够抵挡。即使对于那些已经学会与之共存的人来说，它也常常是一种致命的物质。我们称之为水。
水无处不在。一个土豆含水量80%，一头牛74%，一个细菌75%。一个西红柿，含水量高达95%，几乎全是水。即使是人类，也有65%是水，这使得我们身体中液体的比例比固体高出近两倍。水是奇特的东西。它无形透明，我们却渴望待在它旁边。它没有味道，我们却喜欢它的味道。我们会不远万里，花费不菲，只为在阳光下看到它。即使我们知道它很危险，每年淹死成千上万的人，我们还是迫不及待地想在其中嬉戏。
因为水如此普遍，我们往往忽略了它是一种多么非凡的物质。几乎没有哪个关于水的特性可以用来可靠地预测其他液体的性质，反之亦然。如果你对水一无所知，并根据与它化学性质最相似的化合物——特别是硒化氢或硫化氢——的行为来做假设，你会预期它在华氏零下135度沸腾，并且在室温下是气体。
大多数液体在冷却时会收缩大约10%。水也是如此，但只到某个点为止。一旦接近冰点，它就会开始——反常地、迷人地、极其不可思议地——膨胀。到它变成固体时，其体积比之前大了近十分之一。因为它会膨胀，冰会浮在水上——约翰·格里宾称之为“一种完全怪异的特性”。如果它缺乏这种绝妙的反常性，冰就会下沉，湖泊和海洋就会从底部向上结冰。没有表层冰来保持热量，水的热量会辐射出去，使其更冷，并产生更多的冰。很快，即使是海洋也会结冰，而且几乎肯定会长时间保持冰封状态，很可能是永远——这绝不是孕育生命的条件。对我们来说幸运的是，水似乎不知道化学规则或物理定律。
大家都知道水的化学式是H2O，这意味着它由一个较大的氧原子和两个较小的氢原子组成。氢原子紧紧地依附在它们的氧宿主上，但也与其他水分子形成临时的键合。水分子的性质意味着它与其他水分子进行一种舞蹈，短暂配对然后继续前进，就像四对舞中不断变换的舞伴一样，用罗伯特·昆齐格的优美比喻来说。一杯水看起来可能不怎么活跃，但其中的每个分子每秒都在更换数十亿次舞伴。这就是为什么水分子会聚集在一起形成水坑和湖泊之类的水体，但又不会紧密到难以分离，例如当你跳入水池时。在任何特定时刻，只有15%的水分子是真正接触的。
从某种意义上说，这种结合非常强——这就是为什么水分子在虹吸作用下可以向上流动，为什么汽车引擎盖上的水滴会表现出与同伴结合成珠的独特决心。这也是水具有表面张力的原因。表面的分子被下方和旁边的同类分子吸引的力，比被上方的空气分子吸引的力更强。这形成了一种膜，其强度足以支撑昆虫和跳跃的石子。这也是腹部着水时感到刺痛的原因。
我几乎无需指出，没有水我们将无法生存。一旦缺水，人体会迅速崩溃。几天之内，嘴唇会消失，“仿佛被截肢一样，牙龈变黑，鼻子萎缩到原来长度的一半，眼睛周围的皮肤收缩得无法眨眼。”水对我们如此重要，以至于我们很容易忽略，地球上除了极小部分的淡水外，所有的水对我们都是有毒的——由于其中的盐分，是致命的有毒。
我们需要盐来生存，但只需要非常少量的盐，而海水中含有的盐分远远超过我们能安全代谢的量——大约是我们安全代谢量的七十倍。一升普通的海水通常只含有约2.5茶匙的普通食盐——我们撒在食物上的那种——但含有更大量的其他元素、化合物和其他溶解固体，这些统称为盐类。我们组织中这些盐和矿物质的比例与海水惊人地相似——正如马古利斯和萨根所说，我们流汗和哭泣时流出的是海水——但奇怪的是，我们不能将它们作为输入物来耐受。如果你摄入大量盐分，你的新陈代谢会很快陷入危机。每个细胞中的水分子都会像众多志愿消防员一样冲出来，试图稀释并带走突然摄入的盐分。这使得细胞严重缺乏执行正常功能所需的水分。简而言之，它们变得脱水。在极端情况下，脱水会导致癫痫发作、昏迷和脑损伤。与此同时，过度劳累的血细胞将盐分运送到肾脏，肾脏最终不堪重负而停止工作。没有正常运作的肾脏，你就会死亡。这就是我们不喝海水的原因。
地球上有3.2亿立方英里的水，这就是我们所能得到的全部。这个系统是封闭的：实际上，没有任何东西可以增加或减少。你喝的水自地球年轻时就一直在做它的工作。到38亿年前，海洋（至少或多或少）已经达到了现在的体积。
水域被称为水圈，它绝大部分是海洋性的。地球上97%的水都在海洋里，其中大部分在太平洋，太平洋覆盖了地球一半的面积，比所有陆地加起来还要大。总的来说，太平洋拥有所有海洋水量的一半以上（精确地说，是51.6%）；大西洋占23.6%，印度洋占21.2%，剩下的仅3.6%由所有其他海洋组成。海洋的平均深度是2.4英里，太平洋的平均深度比大西洋和印度洋深约一千英尺。总而言之，地球表面的60%是深度超过一英里的海洋。正如菲利普·鲍尔指出的，我们最好把我们的星球不叫地球，而叫水球。
地球上3%的淡水中，大部分以冰盖的形式存在。只有极少量的淡水——0.036%——存在于湖泊、河流和水库中，更少的一部分——仅0.001%——存在于云层或水蒸气中。地球上将近90%的冰在南极洲，其余大部分在格陵兰。去南极，你会站在近两英里厚的冰上，而在北极，只有十五英尺厚的冰。仅南极洲就有六百万立方英里的冰——如果全部融化，足以使海平面上升两百英尺。但如果大气中所有的水都以降雨的形式均匀地落在各地，海洋只会加深一英寸。
顺便说一下，海平面几乎完全是一个概念性的东西。海洋根本不是平的。潮汐、风、科里奥利力以及其他效应使得不同海洋之间以及同一海洋内部的水位差异很大。太平洋西缘的水位大约高出一英尺半——这是地球自转产生的离心力的结果。就像你拉动一桶水时，水会倾向于流向另一端，好像不情愿跟你走一样，地球的向东旋转也把水堆积在海洋的西缘。
考虑到海洋对我们自古以来的重要性，令人惊讶的是世界花了如此长的时间才对它们产生科学兴趣。直到十九世纪中叶，关于海洋的大部分知识都基于冲上岸的东西或渔网捞上来的东西，而几乎所有书面记录更多地基于轶事和推测，而非物理证据。在1830年代，英国博物学家爱德华·福布斯调查了大西洋和地中海的海床，并宣称在2000英尺以下的海域根本没有生命。这似乎是一个合理的假设。那个深度没有光线，所以没有植物生命，而且已知那个深度的水压非常大。因此，当1860年，第一批跨大西洋电报电缆中的一根被从超过两英里的深处捞上来修理时，发现它厚厚地覆盖着珊瑚、蛤蜊和其他活的碎屑，这让人感到有些意外。
对海洋进行的第一次真正有组织的调查直到1872年才开始，当时英国博物馆、皇家学会和英国政府联合组织了一次探险，从朴茨茅斯出发，乘坐一艘名为“挑战者号”的前战舰。他们在三年半的时间里环游世界，取样海水，捕捉鱼类，并用挖泥船在沉积物中拖曳。这显然是一项枯燥的工作。在240名科学家和船员中，四分之一的人跳船逃跑，另有八人死亡或发疯——历史学家萨曼莎·温伯格称他们“被年复一年的挖泥这种令人麻木的例行公事逼得发疯”。但他们航行了近7万海里，收集了超过4700种新的海洋生物，收集了足够的信息来编写一份五十卷的报告（这花了十九年时间才完成），并给世界带来了一个新科学学科的名称：海洋学。他们还通过深度测量发现，大西洋中部似乎存在水下山脉，这促使一些兴奋的观察者推测他们找到了失落的亚特兰蒂斯大陆。