石笋里的古气候谜团

　　证据的拼图

　　在冰芯和海底沉积物无能无力的地方,石笋的力量开始展现。奇妙的是,它的精度很高。程海等人2009年底发表在美国《科学》杂志的文章中所用的一个石笋,提供了13万年前的气候信息,而年代的误差可能只有50年。

　　另一方面,它能够提供绝对年标,而不是像冰芯和海底沉积物所提供的相对年标。换句话说,它能够直接指示出某个事件发生在“多少万年前”。

　　程海等人在中国搜寻了大量的溶洞,寻找最佳的石笋样本。让他们最终获得重要信息的样本除了来自南京葫芦洞,还来自湖北神农架的林竹洞和三宝洞。

　　但是,这些石笋位于中国南方,至少南京在第四季冰期中是没有形成过冰川的,那么,石笋所记录的信息与南北两极冰盖的消长之间存在怎样的关联?

　　实际上,程海等人从石笋中得到的是季风的信息。他们发现,在过去四次冰期终结时,季风带来的降水都比较多。这一点是通过探测石笋中的氧同位素发现的。“冰期的降水和非冰期的降水中氧同位素的成分是不一样的,氧同位素指示的是季风的强弱。”程海解释说。

　　科学家们认为,当极地的冰盖开始消融的时候,流入海洋的大量淡水改变了海水环流,进而对气候产生明显的影响。“季风的强弱是一个大范围的气象现象。季风从澳大利亚经过南印度洋,一直到太平洋,最后到中国。现在也是这样。这是一个很大的气候系统。”程海说。

　　石笋实际上提供了第三方的时标,由此科学家得以将冰芯和海底沉积物的气候时标关联起来,然后再与地球轨道、温室气体等因素的变化进行对照。

　　现在他们发现,在过去四个冰期里,规律就像是地砖上的花纹那样显而易见。不同年份中,夏日阳光的强弱发生微微的振荡,强一些然后又弱一些,这与地球轨道的变化存在对应关系。然后,到了阳光第四次或第五次增强时,一个冰期就开始终结了。

　　当然,这里可能又会让人产生疑问:为什么冰盖要到阳光第四次或第五次增强时才融化,而之前却没有反应呢?这可能是因为,冰期开始时,冰盖会逐渐生长,也就变得越来越重,巨大的质量造成陆地下降,直到冰盖的底部接触到海水。对于冰盖来说,底部接触到海水会使得它更易融化。所以,到了这个时候,如果阳光强烈一点的话,冰盖可能就会崩溃了。

　　有早先的研究提出,在冰期终结前数千年,二氧化碳浓度就已经开始上升。然而程海等人的研究却发现,二者是同时出现的。这或许意味着冰盖的融化改变了海洋环流,从而引起二氧化碳的增加。

　　将以上所有的证据拼接起来:冰期开始时,冰盖开始生长,直到达到它的临界点。这时由于地球轨道的变化,阳光在夏天稍稍强烈了一些,冰盖开始融化。融化出的大量淡水流入大西洋,切断海洋循环,并让二氧化碳释放到大气中去。二氧化碳和温室作用与温暖的日光一起,进一步加速冰盖的融化。这样便形成了正反馈,冰期在几千年的时间里迅速终结。

　　“这是第一个真正解释了冰期终结及其周期问题的具有连贯性的故事,程海等人指出了通向这个故事的道路。”美国加州大学圣迭戈分校海洋学教授杰弗里·赛林豪斯(JeffreySeveringhaus)在《科学》杂志上评论说。

　　赛林豪斯同时还指出,理解冰期的崩溃过程与人类的过去和未来都具有相关性,因为冰期崩溃之后往往会有气候相对稳定和温暖的一段时期,上次冰期终结到现在有11700年,人类的农业和文明也是在这段时间里繁荣起来的。

　　另一方面,尽管现在看起来地质学家的证据正在拼接出一个完整的故事,但米兰柯维奇循环中仍然有一个大问题尚未得到解释,即冰期的终结时间为什么会从41000年突然转变为10万年。　　

南方周末 黄永明 甘晓