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地球上所有生物的生存归根结底都靠两个关键要素—太阳和液态水。长久以来，这一观点被广泛接受。直到1977年，深海探险家在海底灼热的火山口周围发现了一种全新的动物生态系统。海底3 000米的深处一片漆黑，但这一群落却像最丰富多样的珊瑚礁一样丰饶，当时没有人知道它们是如何获取能量的。最终有人发现，有种特殊的细菌能够从火山口喷发出的硫化物中摄取自身所需的能量。但即使是处于这一食物链中的动物，也不能完全脱离太阳生存。它们都需要利用氧气来分解化合物获取能量，这些化合物由细菌产生，动物也可以通过食用细菌本身来摄取。这些氧气是由浅水中的植物利用光合作用制造的，而这些植物本身又通过太阳来获取能量。乍一看，海底火山口的生物群落似乎不需要太阳，但它们终究只能在太阳可以照射到的星球上生存。
▲ 水是地球生命存活的另一个必要元素。一头加州海狮在巨藻丛林里嬉戏玩耍—由于阳光充足，营养物质丰盈，海藻长得十分巨大。
地球上有各种各样的生态环境，从富饶的热带丛林到贫瘠的极地荒原，生态的多样主要源自阳光和水分这两个关键要素的变化。地球各处接收到的太阳辐射能量各不相同。赤道附近获得的太阳辐射能量较多，因为太阳光在此处经过的大气路程比在两极的短。纬度越高，太阳高度角越小，这意味着等量太阳光所辐射的面积在两极地区比在热带地区要大。
▲ 热带地区上空由海水蒸发形成的云。降落到陆地上的淡水有90%都来自海水生成的云。
陆地上可以被生物所利用的水资源分布十分复杂，这种分布仍然很大程度上受到太阳的影响。地球上90%的淡水都来自海洋的蒸发，其中大部分来自近赤道的温暖的热带海洋，其余10%则来自江河湖泊的表面蒸发或是植物的蒸腾作用。向上运动的热空气将水蒸气送入大气，水蒸气在这一过程中冷却凝结形成了云，然后被风吹散到世界各地。云究竟会在何处下雨取决于许多因素，但山体的存在起了关键作用。山体的阻隔迫使云爬升并冷却，水蒸气因此冷凝成了雨水。又由于大部分的太阳辐射都落到了赤道地区，因此我们会发现，在这里上升的热空气绝大部分都携带着水汽进入了大气层。随着空气的上升和冷凝，大量降水便倾盆而至。这部分因为降水而损失了水分的空气，由于地球自转而发生转向，从赤道分别流向南北两侧。当它到较冷的高纬度地区时，便会下沉，正是这样的干燥空气形成了南北回归线附近的热带沙漠。
海洋生物的丰富度和数量也主要取决于太阳辐射能量的多少。太阳光能够照射到海面以下大约100米的深处，在这一深度以上，生存着90%的海洋生物。海洋生物群落的形成，主要取决于重要养分——尤其是磷和氮——的多少，并不取决于水源。尽管热带海洋接收的太阳辐射能量最多，但除了珊瑚礁和海草场之外，大部分热带海域的生物种类并不丰富。这是因为这里的海水过于平静，大部分营养物质都沉于海底。海洋中资源最丰饶的往往是波涛汹涌的温带海域，或是可以提供丰富营养物质的上升流海域。
▲ 博茨瓦纳的奥卡万戈三角洲。淡水从高原倾泻而下，河流淹没了干旱的大地。
▲ 环绕布纳肯岛的硬珊瑚花园，苏拉威西，印度尼西亚海域—这里或许是地球上最富饶的海域。珊瑚礁被称为“海洋中的热带雨林”。尽管营养物质匮乏，但是这一复杂多产的生态系统依然通过生态循环得以发展壮大。