海洋歷史之謎

邱瑜/編譯

海洋歷史之謎

邱瑜/編譯

有關(guān)墨西哥游樂園中珊瑚礁化石的研究表明，在12萬年前，即地球溫暖期，海平面曾快速上升

●精確測算遠(yuǎn)古海平面是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，堅(jiān)持不懈的實(shí)地考察和計(jì)算機(jī)的輔助，讓這項(xiàng)工作未來可期。但是，至少現(xiàn)在，回答諸如“12萬年前的海平面上升與全球變曖究竟是怎樣的關(guān)聯(lián)”這樣的問題，依然還很渺茫。

安德里亞·達(dá)頓（Andrea Dutton）追尋古珊瑚礁的足跡從印度洋的白色沙灘延伸至加勒比海旁風(fēng)吹浪打的懸崖。但這位地質(zhì)學(xué)家最奇怪的實(shí)地考察路線也許去年才開始，那時(shí)她花了一段時(shí)間在墨西哥尤卡坦半島一家由海邊叢林打造而成的游樂園進(jìn)行觀察研究。

達(dá)頓此行目的不在于水上游樂設(shè)施或野生動(dòng)物展覽，她走出佛羅里達(dá)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室是為了采集游樂園施工人員切割并曝露在外的石頭，這是超過10萬年的珊瑚礁遺跡。達(dá)頓被巖層覆蓋下的星狀及鹿角狀的珊瑚所深深吸引——包括一間地下室中Jaguar鋼筆旁墻面上的馬賽克化石?！澳鞘俏夷嵌螘r(shí)間里見過的最神奇的礁石造型，也許以后也是?！彼貞浀?。

達(dá)頓尋找古礁石是為了探索地球海岸線上蘊(yùn)藏著什么。作為小眾科學(xué)家中的一員，她跑遍全球?qū)ふ易C據(jù)，驗(yàn)證早前全球變暖時(shí)期極地冰層融化時(shí)海平面上升高度。比如Jaguar鋼筆旁的化石礁就是過去海平面上升的一段縮影，而這是由12萬5千年前格陵蘭島及南極冰川融化所引起的。

以古海平面為據(jù)

精確測試遠(yuǎn)古海平面是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。但是通過將堅(jiān)持不懈的實(shí)地工作與計(jì)算機(jī)模型結(jié)合起來，達(dá)頓與其他科學(xué)家越來越確定過去海平面有時(shí)會(huì)比現(xiàn)在高出許多米，而當(dāng)時(shí)氣候僅比現(xiàn)在稍微溫暖一些。這些結(jié)果提供了十分重要并且令人深思的證據(jù)，證明未來海平面可能會(huì)達(dá)到的高度。

“作為科學(xué)家我仍有許多不確定，”達(dá)頓說道，她還是PALSEA2，一家由專門研究遠(yuǎn)古海平面科學(xué)家組成的國際組織的領(lǐng)導(dǎo)之一，“但我們確定的是海平面將繼續(xù)上升”，隨著這幾十年來額外的熱量一直釋放到氣候中，“并且不僅僅是一點(diǎn)點(diǎn)，我們依然任重而道遠(yuǎn)。”

為了達(dá)成上述結(jié)論，海平面科學(xué)家主要關(guān)注3個(gè)時(shí)期，即當(dāng)化石和化學(xué)證據(jù)顯示地球軌道輕微晃動(dòng)時(shí)期，有時(shí)是大氣中二氧化碳（CO2）含量提高引起的，讓全球溫度變得跟現(xiàn)在一樣甚至更暖。300萬年前，全球溫度比現(xiàn)在的要高出1至2攝氏度，而CO2與目前一致，約百萬分之400（ppm）。更近的一段時(shí)期，12萬5千年及40萬年前，全球溫度與現(xiàn)在相同，但是CO2含量可能更低，約250至300ppm。

21世紀(jì)初，達(dá)頓開始測量上述歷史時(shí)期的海平面，有的科學(xué)家仍簡單地通過——比如沙灘變成的砂巖，或藏有珊瑚或軟體動(dòng)物的礁石來測量古海岸線的高度——比目前的海平面高度還高。他們可以確定巖層的年代，進(jìn)一步說明海平面曾經(jīng)的高度。

這些結(jié)果有時(shí)候一團(tuán)混亂。例如，當(dāng)科學(xué)家試圖確定40萬年前的海平面時(shí)，某些站點(diǎn)的海岸線顯示比現(xiàn)在的高出9米。但是在某些群島——百慕大和巴哈馬群島——證據(jù)則顯示21米的海平面差距。而只有在大部分南極東部冰川，即全球最大的冰川融化時(shí)，海平面才會(huì)上升到這個(gè)高度。部分科學(xué)家質(zhì)疑這樣的結(jié)果，認(rèn)為高位的沙灘與珊瑚只是偶然個(gè)例，可能是遠(yuǎn)古大地震造成的。

實(shí)際上，令人目不暇接的事件會(huì)讓我們依據(jù)歷史預(yù)測未來時(shí)產(chǎn)生困惑?；汉鞯幕瘜W(xué)成分會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，因此難以用來推算其年齡。珊瑚生長深度存在不確定性，這使得通過古礁石目前距離海平面的高度來推算歷史海平面難上加難。冰蓋體積巨大，其絕對重力會(huì)吸引周遭海水；當(dāng)冰蓋體積達(dá)到最大時(shí)，周圍海平面異常高，而其他地方的海平面則低于平均值，可能偏移了全球海平面的估算值。并且沉重的冰蓋會(huì)使下方的地殼微微下凹，而附近地面會(huì)向上凸起。哈佛大學(xué)的地球物理學(xué)家杰里·米特洛維卡（Jerry Mitrovica）解釋，地球是“動(dòng)態(tài)并且不斷演變的，這使我們的觀察扭曲失真”。

過去幾年里，來自哥倫比亞大學(xué)拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的海洋地質(zhì)學(xué)家莫林·雷默（Maureen Raymo）了解這些復(fù)雜情況多么令人抓狂。2009年，她與來自其他四個(gè)大學(xué)的科學(xué)家組隊(duì)，共同研究約300萬年前上新世海平面的高度。這是科學(xué)家們特別關(guān)注的時(shí)期，因?yàn)楫?dāng)時(shí)大氣中CO2的含量與現(xiàn)在相同。最初，雷默希望在幾大洲收集數(shù)百公里長的古海岸線的準(zhǔn)確海拔測量數(shù)據(jù)，針對古冰川的重量進(jìn)行調(diào)整從而得出相當(dāng)準(zhǔn)確的海平面估算值。

“但是這并不可能，”雷默回憶道，測量數(shù)據(jù)“亂七八糟”。

地質(zhì)學(xué)家安德里亞·達(dá)頓檢驗(yàn)化石珊瑚，美國佛羅里達(dá)州的這些珊瑚礁都是她的歷史海平面研究的一部分

復(fù)雜的變數(shù)

直到那時(shí)她才了解到另一個(gè)要素的重要性，即動(dòng)力地形學(xué)。地球構(gòu)造板塊的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)往往與地震和斷層線相關(guān)，但是大部分地殼還能緩慢地前后靠攏，猶如救生艇在海洋中一樣漂移。例如，美國東海岸的南部相對于北部漸漸上升。據(jù)估算，南部地區(qū)的古海岸線在過去300萬年間可能上升了60米。

對于雷默而言，動(dòng)力上升則使其主要研究對象——從佐治亞州延伸到弗吉尼亞州的900公里長古海岸線——變得幾乎無法使用?！罢埐灰嘈湃魏胃嬖V你上新世海平面比現(xiàn)在高出10米以內(nèi)的人，”她說道。

但是，比上新世更近階段的研究結(jié)果則側(cè)重于復(fù)雜計(jì)算機(jī)模型的協(xié)助。例如，2012年，雷默與米特洛維卡認(rèn)為，40萬年前百慕大群島和巴哈馬群島海平面上升令人驚訝的高度，可能是早前冰河時(shí)期的冰層重量所制造的幻象。百慕大群島和巴哈馬群島所在的位置在冰河時(shí)期曾向上隆起，之后又下沉，他們總結(jié)道。針對該效應(yīng)進(jìn)行調(diào)整后，他們認(rèn)為海平面比目前高出6至13米。之后，根據(jù)發(fā)表于2014年《氣候雜志》的研究顯示，南美洲的觀測結(jié)果則將這一區(qū)間縮小到8至11.5米。

結(jié)合計(jì)算機(jī)模型，排除冰蓋影響的實(shí)地研究也進(jìn)一步驗(yàn)證了對過去的觀測。例如，達(dá)頓前往塞舌爾群島，位于距離非洲東海岸1 500公里遠(yuǎn)的印度洋中的群島，調(diào)查12萬5千年前的海岸線。除了地勢平緩之外，群島還有古礁石沿著巖層垂直向上生長，為測量海平面變化提供了相對易讀的標(biāo)準(zhǔn)。（那里有棕櫚樹和絲綢般柔軟沙灘?！澳愕煤煤锰暨x專業(yè)?！边_(dá)頓開玩笑道。）

其他科學(xué)家試圖直接測量引起過去海平面上升的主要因素：極地冰的減少。這個(gè)月，以華盛頓大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家約翰·斯通為首的研究團(tuán)隊(duì)正在南極洲西部的皮利特山進(jìn)行勘探，并鉆入冰蓋下方的基巖，旨在尋找這些石頭接觸宇宙射線時(shí)所產(chǎn)生的放射性同位素。這些同位素的存在表明那兒的冰曾消失過，基巖露出地表。并且因?yàn)檫@些同位素在可預(yù)知的時(shí)間范圍內(nèi)衰退為其他元素，科學(xué)家希望將其作為計(jì)時(shí)器記錄當(dāng)時(shí)冰蓋融化的時(shí)間?！拔艺娴囊詾?，只要我們找到這些核心物質(zhì)，我們最終將獲得重大發(fā)現(xiàn)。”斯通說道。

海平面的發(fā)現(xiàn)早已表明融化大部分的冰蓋也許并不需要太多熱量。目前氣候預(yù)報(bào)認(rèn)為2100年氣溫上升4.8°C會(huì)讓海平面上升一米——讓許多沿海地區(qū)處于海水腐蝕和淹沒的嚴(yán)重威脅當(dāng)中。但是過去多個(gè)全球變暖時(shí)期的線索表明，隨著時(shí)間的流逝，冰蓋甚至對氣溫稍微上升都會(huì)十分敏感。達(dá)頓說道。她是本年度《科學(xué)》雜志一份研究報(bào)告的第一作者，該報(bào)告提醒現(xiàn)在的氣溫和12萬5千年前的氣溫十分相近，而當(dāng)時(shí)海平面可能比現(xiàn)在要高出6至9米。

這意味著氣候變暖如此迅速，冰蓋已失去平衡，都爭著融化。

然而，對于今天的社會(huì)來說，最大的問題并不在于過去全球變暖時(shí)期海平面最終上升的高度，而在于上升得多快?？茖W(xué)家特別想知道兩個(gè)問題的答案：南極冰是否突然間融化，以及如果是突然間融化，究竟是什么氣候條件導(dǎo)致這樣的事件發(fā)生？

“人人都想問的問題是‘南極西部冰蓋多快能消失？’”達(dá)頓說道。

她認(rèn)為尤卡坦游樂園的化石礁有助于找出答案。2009年關(guān)于珊瑚生長特性的研究引起轟動(dòng)，其研究結(jié)果顯示在121 000年前，海平面在不到一個(gè)世紀(jì)內(nèi)上升了3米。波濤洶涌，淹沒了一處礁石，為下一個(gè)更高的礁石創(chuàng)造生長條件，該報(bào)告的首席作者保羅·布朗雄說道（Paul Blanchon），同時(shí)他還是墨西哥國家自治大學(xué)海洋科學(xué)及湖沼學(xué)研究所的地質(zhì)學(xué)家。

達(dá)頓對此表示懷疑。她認(rèn)為這些估算都可以統(tǒng)統(tǒng)置之不顧，因?yàn)楸泵辣ㄈ诨瘯r(shí)陸地會(huì)沉下去。

為了更清楚地說明海平面上升多快，她想要回到尤卡坦，并觀察澳洲和美國佛羅里達(dá)州的礁石。她希望鉆探數(shù)米深的礁核，那兒記錄過去一定時(shí)期的海平面變化，猶如年輪記錄著過去的天氣。如果一個(gè)礁核中所有珊瑚年齡相近，意味著海平面當(dāng)時(shí)快速上升，迫使珊瑚快速向上生長。如果一個(gè)礁核中的珊瑚年齡跨越數(shù)千年則表明是一個(gè)漸進(jìn)的改變過程。

但是鑒于結(jié)合化石珊瑚分析的研究難題，請不要期待他們能給出細(xì)致的預(yù)算結(jié)果，例如海平面十年內(nèi)或一個(gè)世紀(jì)內(nèi)能上升多快，俄勒岡州立大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家彼特·克拉克（Peter Clark）提醒道?！拔覀兛梢哉f每千年上升多少米，但是我們不知道更精細(xì)的預(yù)算數(shù)據(jù)?！笨死苏f道，他還是政府間氣候變化委員會(huì)的最新海平面科學(xué)評估報(bào)告的兩名首席作者之一。

達(dá)頓希望以后在尤卡坦的研究工作還能解決另一個(gè)問題：12萬年前的海平面上升是如布朗雄所述，經(jīng)歷了約1.3萬年的氣候變暖之后才發(fā)生，還是如她所信，氣候一旦變暖就快速上升。因?yàn)闅夂蛟跍嘏瘯r(shí)期都會(huì)發(fā)生變化，了解時(shí)間段可以幫助科學(xué)家更好地解讀什么條件會(huì)引發(fā)冰川融化，達(dá)頓說道。并且了解這些條件，反過來還能為南極西部冰川未來的變化提供線索，已有跡象顯示冰川加速融化。“這就是為什么這個(gè)問題——發(fā)生在氣候變暖之初還是之后——成為目前首要問題。”她說道。

答案需要對更多位于海平面上方的古海岸進(jìn)行研究，而海平面將再一次，上升。

[資料來源：Science][責(zé)任編輯：?；襗