邱瑜/編譯

海洋歷史之謎

邱瑜/編譯

有關(guān)墨西哥游樂(lè)園中珊瑚礁化石的研究表明，在12萬(wàn)年前，即地球溫暖期，海平面曾快速上升

●精確測(cè)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(lái)可期。但是，至少現(xiàn)在，回答諸如“12萬(wàn)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(wèn)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(lè)園進(jìn)行觀察研究。

達(dá)頓此行目的不在于水上游樂(lè)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(lè)園施工人員切割并曝露在外的石頭，這是超過(guò)10萬(wàn)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(jiàn)過(guò)的最神奇的礁石造型，也許以后也是。”她回憶道。

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(guò)去海平面上升的一段縮影，而這是由12萬(wàn)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(cè)試遠(yuǎn)古海平面是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。但是通過(guò)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(lái)，達(dá)頓與其他科學(xué)家越來(lái)越確定過(guò)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(lái)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(shuō)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(guó)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(lái)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)?！?/p>

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(wàn)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(wàn)分之400（ppm）。更近的一段時(shí)期，12萬(wàn)5千年及40萬(wàn)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(cè)量上述歷史時(shí)期的海平面，有的科學(xué)家仍簡(jiǎn)單地通過(guò)——比如沙灘變成的砂巖，或藏有珊瑚或軟體動(dòng)物的礁石來(lái)測(cè)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(shuō)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(wàn)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(cè)未來(lái)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(lái)推算其年齡。珊瑚生長(zhǎng)深度存在不確定性，這使得通過(guò)古礁石目前距離海平面的高度來(lái)推算歷史海平面難上加難。冰蓋體積巨大，其絕對(duì)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(guò)去幾年里，來(lái)自哥倫比亞大學(xué)拉蒙特-多爾蒂地球觀測(cè)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(lái)自其他四個(gè)大學(xué)的科學(xué)家組隊(duì)，共同研究約300萬(wàn)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(zhǎng)的古海岸線的準(zhǔn)確海拔測(cè)量數(shù)據(jù)，針對(duì)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(cè)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(guó)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(guó)東海岸的南部相對(duì)于北部漸漸上升。據(jù)估算，南部地區(qū)的古海岸線在過(guò)去300萬(wàn)年間可能上升了60米。

對(duì)于雷默而言，動(dòng)力上升則使其主要研究對(duì)象——從佐治亞州延伸到弗吉尼亞州的900公里長(zhǎng)古海岸線——變得幾乎無(wú)法使用?！罢?qǐng)不要相信任何告訴你上新世海平面比現(xiàn)在高出10米以內(nèi)的人，”她說(shuō)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(wàn)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(duì)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(cè)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(duì)過(guò)去的觀測(cè)。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(wàn)5千年前的海岸線。除了地勢(shì)平緩之外，群島還有古礁石沿著巖層垂直向上生長(zhǎng)，為測(cè)量海平面變化提供了相對(duì)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(cè)量引起過(guò)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(guò)，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。“我真的以為，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(shuō)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(méi)的嚴(yán)重威脅當(dāng)中。但是過(guò)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(duì)氣溫稍微上升都會(huì)十分敏感。達(dá)頓說(shuō)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(wàn)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(zhēng)著融化。

然而，對(duì)于今天的社會(huì)來(lái)說(shuō)，最大的問(wèn)題并不在于過(guò)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(wèn)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(wèn)的問(wèn)題是‘南極西部冰蓋多快能消失？’”達(dá)頓說(shuō)道。

她認(rèn)為尤卡坦游樂(lè)園的化石礁有助于找出答案。2009年關(guān)于珊瑚生長(zhǎng)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(méi)了一處礁石，為下一個(gè)更高的礁石創(chuàng)造生長(zhǎng)條件，該報(bào)告的首席作者保羅·布朗雄說(shuō)道（Paul Blanchon），同時(shí)他還是墨西哥國(guó)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(duì)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(shuō)明海平面上升多快，她想要回到尤卡坦，并觀察澳洲和美國(guó)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(guò)去一定時(shí)期的海平面變化，猶如年輪記錄著過(guò)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(zhǎng)。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(guò)程。

但是鑒于結(jié)合化石珊瑚分析的研究難題，請(qǐng)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(shuō)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(shuō)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(píng)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(wèn)題：12萬(wàn)年前的海平面上升是如布朗雄所述，經(jīng)歷了約1.3萬(wàn)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(shuō)道。并且了解這些條件，反過(guò)來(lái)還能為南極西部冰川未來(lái)的變化提供線索，已有跡象顯示冰川加速融化?！斑@就是為什么這個(gè)問(wèn)題——發(fā)生在氣候變暖之初還是之后——成為目前首要問(wèn)題?！彼f(shuō)道。

答案需要對(duì)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(lái)源：Science][責(zé)任編輯：?；襗