【科学人】封面故事 史前大暖化 5600万年前，全球上演了最剧烈的气候升温，现在我们又面临了剧烈的全球暖化，史上的 暖化事件能给我们什麽讯息？ 撰文╱坎普（Lee R. Kump） 翻译／林筱雯 重点提要 ■5600万年前，地球大气层里会捕捉热能的温室气体大量增加，导致全球温度上升了5℃ ■在这场事件当中，温室气体突然释放的速率只有目前大气温室气体增加率的10%。 ■现在，温室气体的增加率比总量更让人忧心，因为地球上的生物非常难以适应气候剧 变。 斯匹兹卑尔根是挪威斯瓦巴群岛中最大的岛，大部份的游客来到这里，是为了看北极熊； 但对我来说，这里最迷人的是岩石。2007年夏天，我跟一些同行（都是地质学家或气候学 家）飞到这个偏远的极地小岛，来寻找某次史前暖化事件的可靠证据，当时我们相信，那 是有史以来最剧烈的全球暖化事件。从我们设在朗伊尔（Longyearbyen）这个废弃煤矿村 落的旧工寮出发，必须先在崎岖不平的路上徒步两小时，才有办法探勘可能埋藏证据的岩 石露头，所以，我们休息一夜以後，隔天一大早便出发。当我们一行人在湿滑的积雪和矮 小的植物间跋涉时，我想像着：某年某月，棕榈树、蕨类和短吻鳄，可能就生长在这里。 如果是大约5600万年前的话，我现在就不需努力御寒，而是挥汗如雨了。研究指出，那段 时期，全球温度在短短几千年里上升了5℃，这以地质时间来说非常短，科学家把这次气 候暖化叫做「古新世–始新世气候最暖期」（Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PETM ）。PETM发生时，气候的分区向两极移动，在陆地或海里都一样，植物和动物只能被迫迁 移或适应，否则只有死路一条。在一些深海地带，海水开始酸化并缺氧，很多居住在这里 的生物因而死亡。大自然花了近20万年才平复地球这场高烧。 PETM有一些特徵与目前正在发生的人为气候变迁很像。最值得注意的是，两次暖化的元凶 是同一个：会捕捉热能的温室气体大量进入大气与海洋。如果我们在未来几个世纪持续燃 烧化石燃料的话，温室气体的排放总体积就会跟这次事件差不多。了解PETM时期究竟发生 什麽事，有助我们预测自己的未来。PETM的暖化事件其实一直还有不少未解的问题，而即 便是最好的预测，也只能说是猜想而已。不过，最近发现的解答有助於厘清真相。证据指 出，和地球目前即将面临的事情相比，上一次大暖化事件完全相形失色。新发现的事实也 指出，倘若人类依旧自行其事，终将自食恶果。 温室气体从哪里来？ 目前，研究人员认为PETM发生时，与现在的气候危机一样，是从燃烧化石燃料开始的。当 时盘古大陆正处於破裂的最後阶段，地壳被扯碎，东北大西洋逐渐形成。大量熔化的岩石 、热从陆块中涌出，并加热富含碳的沉积物，或甚至是某些接近地表的煤炭跟原油。这个 陆块涵盖今天的欧洲和格陵兰，受「烘烤」的沉积物会释出大量二氧化碳和甲烷这两种强 效温室气体。从气体喷发的规模看来，这场火山爆发释放到大气的温室气体大约是几百拍 克（petagram, 1Pg为10亿公吨），足够让全球温度上升好几度。但这麽多的温室气体只 是刚开始而已，许多研究（包括我们的研究在内）都指出，要推动PETM进入最暖期，还需 要其他过程。 在接下来的一段时间里，火山带来的热释放了其他气体，进一步增强暖化。海洋的自然混 合过程把热带到较冷的海床以後，会让埋藏在海床底下、冻结的甲烷水合物变得不稳定， 这些水合物受热解冻，甲烷气泡就会浮到海面上，释放更多的碳到大气中。甲烷在大气里 捕捉热的效率比二氧化碳更好，不过很快就会转变成二氧化碳。虽然如此，只要海床继续 释放甲烷，大气中的甲烷浓度就会一直很高，继续增强温室效应，使气温升高。 一旦甲烷水合物引起的暖化达到最高峰，其他几种正回馈效应就可能随之发生，导致陆地 储库释放更多的碳。任何生物组织（或遗骸）在乾燥、烘烤或燃烧以後，都会释放出温室 气体，结果很可能使地球各处（包括美国西部和西欧）发生旱灾，进而导致森林和泥煤地 严重旱化，有时甚至会造成大规模的野火，释放出更多的二氧化碳到大气里。由现代的经 验来看，我们知道火在泥煤地跟煤炭闷烧时，可能会持续烧上几个世纪，因而持续释放大 量的温室气体。 极区的永冻土解冻，可能也会加剧暖化。永冻土是一层永久冻结的土壤，可以把死去的植 物保存几百万年，就像冷冻库保存汉堡肉一样。如果把汉堡肉放到厨房的流理台上，就会 解冻，然後腐烂。永冻土也是这样，只要解冻了，微生物就会分解里面的生物遗骸，并且 释放出大量的甲烷。科学家担心的是，当甲烷从极区永冻土释放出来之後，会大幅加速目 前由化石燃料引发的暖化速度。在PETM时，永冻土解冻对暖化的贡献可能更大。和现在不 一样的是，当时地球比现在温暖，所以甚至在PETM开始以前，南极地区的永冻土上就没有 冰原覆盖了。不过南极大陆还是有永冻土，只是全都像生肉摆在流理台上一样，等着解冻 。 气体开始释放以後，海洋会吸收大部份的二氧化碳（以及随後由甲烷转变成的二氧化碳） 。一开始，这种天然的碳捕集过程足以减缓暖化，但最後进入深海的二氧化碳太多了，就 会形成碳酸，这个过程叫做酸化作用。而且，一旦深海变暖，海水含氧量便会逐渐下降（ 水温越高，所含的氧就越少），这些改变会为生活在海床表面或海床沉积物里的有孔虫带 来大灾难，化石记录证明，牠们真的不能适应，大约有30~50%的有孔虫因此死亡。 寻找自然保存的气候记录 早在1990年，我们就知道PETM是温室气体大量释放引发的。曾经有两位美国加州的研究人 员从南极附近的海床钻出岩心，这份岩心有长达数百万年的气候记录，让我们首度知道温 室气体曾经大量释放，但细节不清楚，例如究竟有多少温室气体进入大气，哪一种气体的 量最多，气体释放持续了多久，以及引发气体释放的原因为何。 後来，很多科学家开始着手分析其他数以百计的深海沉积物岩心，希望能够找出答案。当 沉积物缓慢堆积的时候，海洋生物骨骸等矿物会留在每一层，所以能够保留当时海洋或大 气环境组成的特徵，以及当时存在的生物。举例来说，骨骸里的氧同位素比例，就会告诉 我们当时的水温高低。 岩心保存得好的话，可以提供我们一份完美的气候历史记录。不过很多涵盖PETM时期的岩 心状况并不好，有的地方遗失了，幸存部份的状况则随时间逐渐恶化。海床的沉积物富含 碳酸钙，PETM时，酸化的海洋把沉积物的大部份碳酸离子都溶解出来，因而这几层沉积物 最能代表PETM时期的剧烈变化。 正是因为这样，我跟同事才在世界大学联盟（Worldwide Universities Network）的资助 下，於2007年到斯匹兹卑尔根，与英国、挪威、瑞典及荷兰的研究人员一起进行研究。在 这个北极地区，岩石几乎全部由泥巴和黏土组成。我们有理由相信，这些岩石能提供更完 整的记录，最终可以阐明上一次暖化事件尚未解答的疑问。其实我们打算从某个冰蚀平台 钻探沉积物的岩心样本，而不是从海底取样。我们想要的沉积物位於古海床上，这片海床 在PETM之後便因板块运动抬升到海平面以上，随後在冰河时期，冰河又把古海床蚀刻成陡 峭的山脉与... ... 【欲阅读更丰富内容，请参阅科学人2011年第117期11月号】 （←小气） --

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