讓農(nóng)業(yè)文明同時(shí)興起的一次冰期

段景頤

在距今約1.2萬(wàn)年前的新月沃地一個(gè)被稱為黎凡特的地區(qū)，一株野草引起了一個(gè)老年采集者的注意。他發(fā)現(xiàn)這株草上結(jié)出的種子不但比其他野草種子更飽滿，而且沒(méi)有像其他種子一樣掉落在地上。他將這些種子帶回部落，并撒在地上試著種植。這株植物來(lái)年開花接穗后，老者保留下一些顆粒同樣飽滿、成熟后掛穗的后代再次種植。漸漸的，這種野草被馴化成了黎凡特地區(qū)的一種糧食作物，它就是現(xiàn)在小麥的祖先。

類似的歷史也在中國(guó)、墨西哥、秘魯和埃塞俄比亞上演，古人馴化了水稻、大麥、豆類、玉米、馬鈴薯和高粱等植物。農(nóng)業(yè)的興起讓人類有了穩(wěn)定的食物來(lái)源，而且不用像牧民一樣為了牛羊的牧草四處遷徙，人類開始了長(zhǎng)期定居模式，部落人口逐漸增長(zhǎng)，人類文明進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。查爾斯·達(dá)爾文認(rèn)為，農(nóng)業(yè)文明產(chǎn)生純屬意外。然而，讓人不可思議的是這些意外事件幾乎發(fā)生在同一時(shí)期——距今約1.2萬(wàn)年前。那么，是什么原因讓農(nóng)業(yè)文明在全世界不同地區(qū)幾乎同時(shí)興起？

記錄死亡冰期的小白花

—種白色小花的花粉，讓科學(xué)家揭開了其中的秘密。

1.2萬(wàn)年前，農(nóng)業(yè)文明興起時(shí)，地球剛好處于一個(gè)迷你冰期，而一種叫“仙女木”的植物向人類展示了這次大降溫事件。仙女木是一種生活在寒冷苔原的薔薇屬植物，喜冷怕熱。從19世紀(jì)末期起，科學(xué)家在歐洲南部、赤道地區(qū)，甚至是南半球約1.2萬(wàn)年前的地層中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大量仙女木花粉。為什么本該生長(zhǎng)在寒冷地區(qū)的植物會(huì)在赤道這樣溫暖的地區(qū)被發(fā)現(xiàn)？難道當(dāng)時(shí)地球經(jīng)歷了一次劇烈降溫，才導(dǎo)致喜歡寒冷環(huán)境的仙女木的生長(zhǎng)范圍擴(kuò)大到較低緯度地區(qū)？后續(xù)發(fā)現(xiàn)證實(shí)了科學(xué)家的猜想。這次冰期被稱為“仙女木時(shí)期”，時(shí)間跨度為距今1.45萬(wàn)～1.15萬(wàn)年。仙女木時(shí)期分為三個(gè)主要階段，其中人們研究最透徹的是距今1.28萬(wàn)～1.15萬(wàn)年的“新仙女木事件”，因?yàn)檫@次氣候劇變直接影響了人類歷史。

據(jù)估計(jì)，新仙女木事件導(dǎo)致全球平均氣溫驟降7～8℃。古生物學(xué)家在智利發(fā)現(xiàn)了神秘的“黑墊地層”，年代距今1.28萬(wàn)年。同時(shí)期南美大陸大型動(dòng)物遺骸缺失、植物分布帶明顯轉(zhuǎn)移、人工制品文物數(shù)量大幅減少……不僅如此，北美和歐亞大陸包括猛犸象在內(nèi)的大型哺乳動(dòng)物在新仙女木時(shí)期大量滅絕。以捕獵一采集獲取食物的人類在冰期難以獲得食物，迫于壓力，他們中的一些人嘗試種植糧食。其中一些失敗了，另一些成功的部落和家庭開始了定居生活?？茖W(xué)家們分析，可能是新仙女木事件1000多年的迷你冰期點(diǎn)燃了農(nóng)業(yè)文明的星火。那么，又是什么導(dǎo)致了新仙女木事件呢？

打斷熱量傳送帶

有不少科學(xué)家認(rèn)為溫鹽環(huán)流被阻斷很可能導(dǎo)致了新仙女木事件。

據(jù)推測(cè)，新仙女木時(shí)期全球變冷的原因可能是溫鹽環(huán)流被破壞。末次冰期（距今11萬(wàn)～1.2萬(wàn)年）時(shí)，地球上大部分地區(qū)覆蓋著冰川。全球各地冰蓋曾出現(xiàn)數(shù)次進(jìn)退。冰退稱為間冰段，格陵蘭的冰芯鉆探表明，過(guò)去十萬(wàn)年的末次冰期共有24個(gè)間冰段。

在新仙女木事件發(fā)生前，北美洲被一塊平均厚達(dá)3千米的巨型冰蓋壓著，這塊大冰蓋從北極一直延伸到如今的美國(guó)紐約。隨著氣溫逐漸升高，這塊大冰蓋部分融化，一些冰蓋融水匯入河流，但絕大部分融水被巨型冰塊形成的冰壩阻攔，形成湖泊，面積最大的相當(dāng)于今天中國(guó)國(guó)土總面積的1/2。隨著又一個(gè)間冰段的到來(lái)，地球氣溫進(jìn)一步升高，這些冰壩變得越來(lái)越薄弱。終于有一天，冰壩崩潰，超過(guò)9000立方千米的湖水頓時(shí)涌入大西洋。

如此大量的淡水短時(shí)間內(nèi)涌入大海，導(dǎo)致氣候發(fā)生劇變。這是因?yàn)椤按笪餮蠼?jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流”（簡(jiǎn)稱“AMOC”）對(duì)保持全球氣候穩(wěn)定有不可或缺的作用。AMOC就像海洋中的巨型傳送帶：熱帶海域深層的海水在上升過(guò)程中溫度不斷升高，隨著洋流向北移動(dòng)，升溫后的海水將來(lái)自赤道的太陽(yáng)能傳遞到寒冷的北方海域。其所經(jīng)之地，附近溫度都會(huì)有所提高，變得更適宜生命繁衍。最終AMOC中的一部分會(huì)凍結(jié)成為冰川，另一部分則因次含鹽率隨之增加，密度變大，從而沉入海床，再次向南方流動(dòng)。

9000立方千米的淡水涌入北大西洋，大大稀釋了海水，致使AMOC循環(huán)速度減慢，甚至停止。熱帶海域的熱量無(wú)法被輸送到更北方，北半球平均溫度驟降。這導(dǎo)致原本是草原、森林的地區(qū)變成生產(chǎn)力低下的苔原，大型動(dòng)物迅速消失……

可能是小行星撞擊？

也有科學(xué)家認(rèn)為，新仙女木冰期是由小行星撞擊引發(fā)的，但引發(fā)這次滅絕事件的撞擊坑又在哪里？

另一種理論認(rèn)為，可能是小行星撞擊地球?qū)е铝诉@次冰期。2015年，美國(guó)宇航局冰川科學(xué)家約瑟夫·麥克格雷格在查看“冰橋行動(dòng)”收集到的雷達(dá)成像圖片時(shí)，發(fā)現(xiàn)在格陵蘭島西北部海華沙冰川下方，居然躺著一個(gè)直徑達(dá)31千米的巨大圓形洼地。他查看了衛(wèi)星中分辨率成像光譜儀拍攝到的海華沙冰川圖像，很快發(fā)現(xiàn)冰面上的圖案與雷達(dá)成像相符。

2016年，為了進(jìn)一步證實(shí)這些猜測(cè)，他們從德國(guó)某研究機(jī)構(gòu)借來(lái)一架飛機(jī)，利用先進(jìn)的冰穿透雷達(dá)獲取了洼地和覆冰的地形數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上制作出了洼地和覆冰的3D模型。高精度3D模型展示出大量細(xì)節(jié)：明顯的圓形邊緣和多處中央隆起、受沖擊擾動(dòng)和未受擾動(dòng)的冰層，以及洼地底部的碎片。

2016年和2017年的夏天，研究小組再次前往海華沙冰川，繪制冰川下方的巖石構(gòu)造，并通過(guò)融水通道，收集從撞擊坑中被沖刷出來(lái)的沉積物樣本。他們發(fā)現(xiàn)，來(lái)自撞擊坑的一些石英砂具有劇烈撞擊造成的表面變形特征，還發(fā)現(xiàn)了撞擊坑和核試驗(yàn)場(chǎng)才能發(fā)現(xiàn)的沖擊石英。麥克格雷格初步認(rèn)為，這是一個(gè)形成于距今300萬(wàn)～1.2萬(wàn)年的撞擊坑，他將其命名為“海華沙撞擊坑”。發(fā)現(xiàn)可能是巨大撞擊坑的這個(gè)秘密被美國(guó)宇航局保守了三年。直到2018年11月，這個(gè)消息才正式對(duì)外公布。

麥克格雷格對(duì)海華沙冰川外部洋流中的鉑等元素含量，以及冰川下方融水帶出的沉積物進(jìn)行分析，認(rèn)為造成海華沙撞擊坑的可能是一枚鐵質(zhì)隕石。而2013年哈佛大學(xué)科學(xué)家曾經(jīng)在格林地區(qū)的冰芯中發(fā)現(xiàn)了超過(guò)平均值100倍的鉑異常，后續(xù)研究顯示，格陵蘭島在1.3萬(wàn)年前遭受過(guò)一次鐵質(zhì)隕石撞擊，時(shí)間恰恰可以追溯到“新仙女木事件”之前。

麥克格雷格估計(jì)，這個(gè)鐵質(zhì)隕石的直徑超過(guò)1.5千米，質(zhì)量約為110億噸，撞擊地表前的最大瞬間速度超過(guò)7萬(wàn)千米/時(shí)，撞擊產(chǎn)生的能量相當(dāng)于7億噸黃色炸藥爆炸的威力。7億噸黃色炸藥爆炸的威力有多大？將廣島頃刻間夷為平地的“小男孩”原子彈的爆炸當(dāng)量?jī)H為1.5萬(wàn)噸。也就是說(shuō)，1.2萬(wàn)年前，相當(dāng)于至少4.7萬(wàn)枚“小男孩”原子彈爆炸的能量頃刻間在格陵蘭島釋放。

2019年2月，在距離海華沙撞擊坑約183千米的冰川下方，另一個(gè)隱藏的撞擊坑出現(xiàn)在科學(xué)家眼前，其大小甚至超過(guò)了海華沙撞擊坑，直徑達(dá)35千米?！坝忠粋€(gè)撞擊坑！”這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓麥克格雷格興奮不已。通過(guò)全北極數(shù)字高程模型，麥克格雷格看到了這個(gè)撞擊坑平坦的碗狀內(nèi)壁、中央峰和周圍隆起的邊緣。飛機(jī)上的重力計(jì)記錄到了該地區(qū)出現(xiàn)負(fù)重力異常，這也是撞擊坑的特征。從兩個(gè)撞擊坑的位置判斷，它們可能形成于同一顆小行星。從撞擊規(guī)模上看，這顆小行星具有能夠重啟局部生命競(jìng)賽的威力。

人類進(jìn)入北美

新仙女木事件期間，歷史上發(fā)生了另—件重要事件：人類開始進(jìn)入美洲。

距今7萬(wàn)～5萬(wàn)年，人類祖先智人開始走出非洲，向歐洲、中亞和東亞遷移，尋找新的家園。一路上他們通過(guò)聯(lián)姻、爭(zhēng)斗等手段，或吞并或消滅了直立人、尼安德特人等史前人屬動(dòng)物。然而，在所有大陸中，美洲大陸是智人最后才抵達(dá)的。這是因?yàn)樵诰嘟?.65萬(wàn)～1.9萬(wàn)年，北美大陸大部分地區(qū)被厚厚的冰蓋覆蓋著，這讓靠捕獵和采集獲取食物和生活資料的人類難以生存。

雖然當(dāng)時(shí)北美被永久凍土和巨大的冰川覆蓋，但大量冰川意味著海平面比今天低得多——白令海峽的海平面比今天低i00多米。距今1.65萬(wàn)年前，西伯利亞和阿拉斯加之間的海域露出了部分土地，出現(xiàn)了一座連接兩塊大陸的白令陸橋。當(dāng)時(shí)生活在西伯利亞?wèn)|北角的智人可能尾隨猛犸象、乳齒象或鹿等動(dòng)物，以一個(gè)個(gè)小家庭為單位，通過(guò)白令陸橋來(lái)到北美洲。

2014年，一具死于1.27萬(wàn)年前的克洛維斯男孩尸體的基因分析結(jié)果告訴我們，今天生活在美洲的原住民中80%是克洛維斯人的直系后裔?？寺寰S斯人在約1.3萬(wàn)年前從西伯利亞取道白令陸橋進(jìn)入北美。2015年，又有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)美洲原住民與澳大利亞、巴布亞新幾內(nèi)亞和安達(dá)曼群島的原住民有遺傳聯(lián)系。這表明在白令陸橋存在的那段時(shí)期，不同人種可能先后從白令陸橋進(jìn)入北美洲，并輾轉(zhuǎn)來(lái)到中美洲和南美洲。

白令陸橋總面積相當(dāng)于7個(gè)浙江省的面積總和，生活在其上的不同人種可能根本無(wú)緣接觸彼此。從今天人類的基因組差異上就可以看出這點(diǎn)。2017年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生活在距今800～500年的墨西哥人頭骨十分特殊，頭骨所屬的人類必須至少保持2萬(wàn)年的基因隔離，這意味著這群人沒(méi)有和其他人種接觸并通婚。

正在冰河時(shí)期

地球目前正處于一個(gè)大冰期的間冰段中，溫暖的氣候可能不會(huì)持續(xù)太久。

冰川學(xué)認(rèn)為，只要南北半球依然有大面積的冰蓋——就好像今天格陵蘭和南北極的大型冰蓋，那么地球就還處于冰期。沒(méi)錯(cuò)，現(xiàn)在的地球仍然處于開始于260萬(wàn)年前的第四紀(jì)大冰期中，至今沒(méi)有跡象表明地球正在走出大冰期。但是現(xiàn)在的氣候依然溫暖不是嗎？這是因?yàn)槲覀兲幵诖蟊诘拈g冰段中。

這次短暫的間冰段被稱為全新世，始于1.1萬(wàn)年前。20世紀(jì)40年代，塞爾維亞科學(xué)家米蘭科維奇通過(guò)大量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)地球的軌道離心率、自轉(zhuǎn)軸一軌道平面夾角、自轉(zhuǎn)軸軸心進(jìn)動(dòng)這三個(gè)變量，分別以10萬(wàn)年、4.1萬(wàn)年和2.6萬(wàn)年進(jìn)行周期性變化。因?yàn)檫@三個(gè)因素決定了地球接收到的太陽(yáng)輻射總量和太陽(yáng)輻射在地球上的分布，因此他提出日一地關(guān)系周期性改變?cè)斐闪说厍蛟诒诤烷g冰段間切換。

那么如何證明米蘭科維奇的理論呢？我們需要借助古氣候?qū)W?？茖W(xué)家通過(guò)鉆洞獲取年代古老的沉積物，能還原古代的氣候模式。在南極洲的沃斯托克冰川，科學(xué)家提取了冰面以下4千米處的深層冰芯。冰層中的微小氣泡保留了遠(yuǎn)古時(shí)期的空氣，通過(guò)測(cè)量空氣中同位素和溫室氣體比例，科學(xué)家能夠了解從42萬(wàn)年前至今的氣候變化過(guò)程。海洋沉積物也可以揭示古氣候，不過(guò)科學(xué)家要找的不是氣泡，而是巖芯中的生物化石?；猩锓N類、體型、數(shù)量和分布的變化，能告訴科學(xué)家當(dāng)時(shí)海水溫度、鹽度、全球氣候和溫度。

讓人擔(dān)憂的是下一次冰期可能來(lái)得很快。白色冰蓋能有效反射太陽(yáng)輻射，海水溫度下降又會(huì)讓大氣二氧化碳等溫室氣體更多溶解到海水中，這形成了一個(gè)正反饋，導(dǎo)致全球溫度加速下降。若以米蘭維克奇循環(huán)計(jì)算，再過(guò)2.5萬(wàn)～5萬(wàn)年，地球可能會(huì)進(jìn)入下一個(gè)冰期。

新仙女木事件讓我們看到氣候如何影響環(huán)境和動(dòng)植物數(shù)量，改變?nèi)祟惖纳鏍顟B(tài)，最終影響人類文明發(fā)展軌跡。隨著新仙女木事件終結(jié)，地球從冰期進(jìn)入溫暖的間冰段，人類文明也在這1萬(wàn)多年的喘息期發(fā)展到了如今的高度。今天地球大氣的二氧化碳含量是260萬(wàn)年來(lái)的最高水平，如果我們還不盡快改變這一切，氣候變化對(duì)人類的影響將絕非戲言。

（責(zé)任編輯王川）

追溯小行星撞擊事件

地球挨過(guò)不少小行星撞擊。但可惜的是，我們已經(jīng)無(wú)法追溯最早的小行星撞擊事件了，因?yàn)榈貧け旧碓诓粩喔拢捍蠖鄶?shù)年代久遠(yuǎn)的地殼已經(jīng)被風(fēng)化成細(xì)沙，能保留下來(lái)的也已經(jīng)進(jìn)入了下一輪的巖石循環(huán)。由于地球周而復(fù)始地更新著地殼，導(dǎo)致人類很難發(fā)現(xiàn)早期大型天體撞擊地球的證據(jù)。而那些沒(méi)有進(jìn)入地殼循環(huán)的撞擊坑，早已經(jīng)被水體填滿，成為圓形湖，許多撞擊特征也已經(jīng)被水侵蝕掉了。

雖然我們掌握的小行星撞擊證據(jù)很少，但我們依然可以通過(guò)局部環(huán)境突變來(lái)還原小行星撞擊事件。如果全球多處環(huán)境在同一時(shí)刻同時(shí)突變，我們就能知道在當(dāng)時(shí)肯定發(fā)生了一次影響全球氣候的大型天體撞擊地球事件。這其中最著名的例子，當(dāng)屬6500萬(wàn)年前撞擊墨西哥灣的一舉將爬行巨獸恐龍從地球上抹殺的?？颂K魯伯隕石撞擊事件。

要確定一片洼地是撞擊坑，可以通過(guò)尋找沖擊石英、重力異常和震裂錐來(lái)判斷。許多礦物在承受高壓時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生明顯改變，地表上幾乎隨處可見的石英也有這種特質(zhì)。地球上只有三種地區(qū)能夠發(fā)現(xiàn)沖擊石英：核試驗(yàn)場(chǎng)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室和撞擊坑。隕石撞擊地殼后，部分地殼會(huì)變得不如被撞擊前致密，這會(huì)引起磁場(chǎng)和引力異常。只要能發(fā)現(xiàn)這種異常，也可以證明某個(gè)洼地是撞擊坑。隕石撞擊地面后，沖擊波會(huì)沿著撞擊方向，以樹枝狀圖案繼續(xù)向地下巖層傳播，并在地下造成震裂錐。震裂錐表面還有許多從錐頂向外放射的紋路，這是沖擊波在錐體上留下的印痕。