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作者: [英] 约翰.格里宾 著
尔欣中 译 湛庐文化 出品
出版社: 浙江教育出版社
副标题: 追索地球的起源与进化，解锁人类生命的未来
原作名: Planet Earth：A Beginner’s Guide
译者: 尔欣中
出版年: 2020-4

气候变化的关键

关于历史上的气候变化可以从深海处的岩石来研究，这是因为我们所呼吸的空气中有两种氧元素。它们称为同位素，就是所谓的氧-16和氧-18，这些数字其实就是指每种氧原子的重量（严格地讲是质量）。所以说，一个氧-18原子比一个氧-16原子要重两个单位的重量，但是它们有同样的化学性质。这两种氧原子都能与氢原子结合成水分子H2O。但同样地，由氧-18组成的水分子要比由氧-16组成的水分子重两个单位的重量，结果造成含氧-18的水分子不像含氧-16的水分子那么容易从海洋里蒸发出去。在空气中氧-18的水分子和氧-16的水分子比例，还有留在海洋中的两种分子比例和全球的平均气温是密切相关的。通过测量这两种分子的比例，可以非常精确地计算出相应的温度。

这两种分子比例在实际中很常见。空气中的水分子形成降雪时，它们就携带了这种同位素的“特征信息”，它们由全球的平均温度所决定。这些信息被保存在每年的雪层中，逐渐积累形成冰原。从冰原中钻出的冰柱，我们可以一层层地从上往下追溯其年代。这就像我们根据年轮来测定树的年龄一样。而地球在过去的平均温度可以根据同位素的比例计算出来。但是，使米兰科维奇的模型出名的并非这项技术。

真正的突破来自对同位素比例的研究，此时大量的积雪结成冰形成冰河时期的巨大冰原。这意味着在冰河时期这些冰原中含有相对较少的氧-18，而在海洋中的含量相对较高。所以那些所谓浮游生物的海洋动物，在气温较低时就会在它们的壳里富集较高的氧-18，因为它们活着的时候会从海水中吸取氧气。当它们死后，它们的外壳就会沉入海底，并在那里的沉积物中堆积。从深海海底挖出沉积物来远比从陆上的冰原要困难得多，而且也更难精确地测定年代，因为它们并不像陆地上的冰原那样会形成清晰的冰层。但是自20世纪50年代以来，地球物理学家发展了放射性测定年代的方法，并可以应用到海底沉积物上，此外还有更加先进的海底钻井船来实施这一切。

到了20世纪60年代后期，从陆地上和海洋里发现的各种不同的证据都指向一个结论：米兰科维奇的模型是正确的；但是却没有一个单一的确切的证据。因此在1971年的时候，美国国家自然科学基金会批准了一项名叫“气候绘制”（CLIMAP）的科研项目，用于调研北太平洋和北大西洋的气候在过去的70万年里是如何变化的。这是地球磁场上一次翻转的时间。很快，这个项目就发现了关键的证据——一块被平淡地标记为“V28-238”的岩石。但是很快，它就成为地球物理学家和气候学家们中众所周知的“罗塞塔石碑”(4)。

这块“罗塞塔岩石”来自赤道西太平洋，它保存了一直到70万年前的完整记录，这正是项目的目标年代。岩石的同位素变化清晰地显示了冰河时期和间冰期的10万年变化节奏，那正是19世纪以来人们一直讨论的。此外还有一些不是特别剧烈的波动需要进一步的分析。整体的效果最后产生了一个非常复杂的模式。这就像在吉他上弹出一个和弦时会产生一个纷杂的声波，但是这个声波的模式是由多个单独的音符所组成的。温度变化的模式其实也是由多个气候周期变化所叠加而产生的。

把天气变化的周期分解成单个“音符”其实是一个相对简单的数学问题。“罗塞塔岩石”确实保存了证据，显示了大约4万年长和2万年长的周期，这也被米兰科维奇模型所预言。从印度洋的海床上发现的另外一个岩石，则提供了一些更加详细的记录。尽管它只能回溯到50万年前，却展示了支持米兰科维奇的周期的清晰证据。1976年，所有的这些证据被整理成一篇论文，被发表在《自然》杂志上，题目是“变化中的地球轨道：冰河时期的起搏器”（Variations in the Earth’s Orbit: Pacemaker of the Ice Ages’）。正是在那时，米兰科维奇模型获得了真正的认可和接受。从那以后，又有其他大量的证据（包括冰核的数据）确认了该模型的精确性。至此，我们证实了冰河时期和间冰期持续了上百万年的交替重复节奏。然而，它又为我们认识人类的起源打开了一扇新的大门。

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