古代篇：探寻冷热交替的古气候

【字体：大 中 小】 2015-03-21 10:15:07   来源： 中国气象报社  

从一个不断受陨星撞击、火山肆虐的火球，到布满海洋、森林和山脉，为数百万种生物提供繁衍生息乐园的星球，地球气候经历了翻天覆地的变化。

地球轨道参数的改变、太阳辐射以及地壳运动等因素都影响气候，比现在更炎热和更寒冷的时期交替出现。

在距今大约7.5亿至5.8亿年前，地球表面曾4次几乎全部被冰雪覆盖，称为“雪球时期”。那时，太阳的辐射能比现在大约少6%，而陆地也主要集中在赤道附近，促使地球变冷。后来，由于大雨停止和火山不断喷发，大气中二氧化碳的浓度变高（比现在高350倍），产生了强烈的温室效应，才使冰雪逐渐融化。

在距今大约1亿年前的白垩纪，地球达到较高的温度。当时，地球的平均温度为22.8℃，比现在高7℃左右，地球两极的冰雪也全部融化。

大约在距今200万至300万年前，出现了人们熟悉的最后的大冰期，即第四纪冰期。当时，现在的阿拉斯加、加拿大和今天美国的北部都被一整块冰覆盖着，冰层的厚度将近1000米。在欧洲，冰层推进到了今天的汉堡和柏林。在距今大约1.2万年前，冰层开始融化，最后一次大冰期结束。

最近100万年间，气候遵循“米兰柯维奇循环”冷热交替出现。天文学家米兰柯维奇指出，地球气候变化存在着三个天文周期：每隔两万年，地球的自转轴倾角变化一个周期；每隔四万年，地球黄道与赤道的交角变化一个周期；每隔十万年，地球公转轨道的偏心率变化一个周期。

在距今9000年至5000年前，地球的温度升高了几摄氏度，形成了所谓的“气候最适期”。人类在这段时间生息繁衍，经历工业革命，创造了当今的繁荣。

当然，在这一过程中，气候也不是“一帆风顺”的。公元1400年至1500年，地球的温度又突然下降，历史上称为“小冰期”。在那段时期，1434年至1435年，英国曾连续降雪40天；1608年冬季，英国所有的牲畜都被冻死；1789年冬，几乎所有欧洲的河流都冻结了。直到19世纪后半期，冰川才开始后撤。

现有的气象观测设备使用不过百年，那么，人们是如何知晓古气候的呢？

科学家推算古气候主要方法是钻取冰芯。他们之所以发现冰芯存留着气候线索，有一段小插曲。

在南极考察的科学家想喝冰镇啤酒，他们便在啤酒中加入冰块，却发现啤酒中翻涌出气泡。

也许，在常人眼中，这些气泡再普通不过，但是科学家们立刻意识到，这些冰块中的气体不是普通气体，可能是很古老的气体。

在南极地区，由于气温低，积雪不融化，历年的积雪形成一层层沉积物。年复一年，从底部至上逐渐形成一层层的冰层，宛如树干的年轮一样。

在南极降雪堆积并被挤压成冰层的过程中，当年的空气也被挤压保存。因此，百万年前的气候线索就存留在这些冰芯中。

在分析冰芯样品时，分析冰芯中滞留氧泡的大气化学成分，即可测得其二氧化碳的含量。依照同样的方法，还可分析得到诸如甲烷、氮等气体的历史资料。

除了冰芯以外，包括树木年轮在内的一些“自然证据”也是推算古气候的一个重要方法，这些“自然证据”存在于生物遗骸、江河湖海的水位遗迹、植物孢粉，或湖泊沉积物、石笋中，科学家可以通过测定特殊元素或成分获取其存留期内连续的历史气候信息。

当人类出现后，气候线索又以“人文证据”的形式留存下来。例如，我国气候学奠基人竺可桢先生首先采用古代文字记载、物象等手段，恢复了我国5000年来的气候演变，成为世界上研究古气候变化的一个里程碑。