海洋历史之谜

邱瑜/编译

海洋历史之谜

邱瑜/编译

有关墨西哥游乐园中珊瑚礁化石的研究表明，在12万年前，即地球温暖期，海平面曾快速上升

●精确测算远古海平面是一项艰巨的任务，坚持不懈的实地考察和计算机的辅助，让这项工作未来可期。但是，至少现在，回答诸如“12万年前的海平面上升与全球变暧究竟是怎样的关联”这样的问题，依然还很渺茫。

安德里亚·达顿（Andrea Dutton）追寻古珊瑚礁的足迹从印度洋的白色沙滩延伸至加勒比海旁风吹浪打的悬崖。但这位地质学家最奇怪的实地考察路线也许去年才开始，那时她花了一段时间在墨西哥尤卡坦半岛一家由海边丛林打造而成的游乐园进行观察研究。

达顿此行目的不在于水上游乐设施或野生动物展览，她走出佛罗里达大学实验室是为了采集游乐园施工人员切割并曝露在外的石头，这是超过10万年的珊瑚礁遗迹。达顿被岩层覆盖下的星状及鹿角状的珊瑚所深深吸引——包括一间地下室中Jaguar钢笔旁墙面上的马赛克化石。“那是我那段时间里见过的最神奇的礁石造型，也许以后也是。”她回忆道。

达顿寻找古礁石是为了探索地球海岸线上蕴藏着什么。作为小众科学家中的一员，她跑遍全球寻找证据，验证早前全球变暖时期极地冰层融化时海平面上升高度。比如Jaguar钢笔旁的化石礁就是过去海平面上升的一段缩影，而这是由12万5千年前格陵兰岛及南极冰川融化所引起的。

以古海平面为据

精确测试远古海平面是一项艰巨的任务。但是通过将坚持不懈的实地工作与计算机模型结合起来，达顿与其他科学家越来越确定过去海平面有时会比现在高出许多米，而当时气候仅比现在稍微温暖一些。这些结果提供了十分重要并且令人深思的证据，证明未来海平面可能会达到的高度。

“作为科学家我仍有许多不确定，”达顿说道，她还是PALSEA2，一家由专门研究远古海平面科学家组成的国际组织的领导之一，“但我们确定的是海平面将继续上升”，随着这几十年来额外的热量一直释放到气候中，“并且不仅仅是一点点，我们依然任重而道远。”

为了达成上述结论，海平面科学家主要关注3个时期，即当化石和化学证据显示地球轨道轻微晃动时期，有时是大气中二氧化碳（CO2）含量提高引起的，让全球温度变得跟现在一样甚至更暖。300万年前，全球温度比现在的要高出1至2摄氏度，而CO2与目前一致，约百万分之400（ppm）。更近的一段时期，12万5千年及40万年前，全球温度与现在相同，但是CO2含量可能更低，约250至300ppm。

21世纪初，达顿开始测量上述历史时期的海平面，有的科学家仍简单地通过——比如沙滩变成的砂岩，或藏有珊瑚或软体动物的礁石来测量古海岸线的高度——比目前的海平面高度还高。他们可以确定岩层的年代，进一步说明海平面曾经的高度。

这些结果有时候一团混乱。例如，当科学家试图确定40万年前的海平面时，某些站点的海岸线显示比现在的高出9米。但是在某些群岛——百慕大和巴哈马群岛——证据则显示21米的海平面差距。而只有在大部分南极东部冰川，即全球最大的冰川融化时，海平面才会上升到这个高度。部分科学家质疑这样的结果，认为高位的沙滩与珊瑚只是偶然个例，可能是远古大地震造成的。

实际上，令人目不暇接的事件会让我们依据历史预测未来时产生困惑。化石珊瑚的化学成分会随时间发生变化，因此难以用来推算其年龄。珊瑚生长深度存在不确定性，这使得通过古礁石目前距离海平面的高度来推算历史海平面难上加难。冰盖体积巨大，其绝对重力会吸引周遭海水；当冰盖体积达到最大时，周围海平面异常高，而其他地方的海平面则低于平均值，可能偏移了全球海平面的估算值。并且沉重的冰盖会使下方的地壳微微下凹，而附近地面会向上凸起。哈佛大学的地球物理学家杰里·米特洛维卡（Jerry Mitrovica）解释，地球是“动态并且不断演变的，这使我们的观察扭曲失真”。

过去几年里，来自哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的海洋地质学家莫林·雷默（Maureen Raymo）了解这些复杂情况多么令人抓狂。2009年，她与来自其他四个大学的科学家组队，共同研究约300万年前上新世海平面的高度。这是科学家们特别关注的时期，因为当时大气中CO2的含量与现在相同。最初，雷默希望在几大洲收集数百公里长的古海岸线的准确海拔测量数据，针对古冰川的重量进行调整从而得出相当准确的海平面估算值。

“但是这并不可能，”雷默回忆道，测量数据“乱七八糟”。

地质学家安德里亚·达顿检验化石珊瑚，美国佛罗里达州的这些珊瑚礁都是她的历史海平面研究的一部分

复杂的变数

直到那时她才了解到另一个要素的重要性，即动力地形学。地球构造板块的地质运动往往与地震和断层线相关，但是大部分地壳还能缓慢地前后靠拢，犹如救生艇在海洋中一样漂移。例如，美国东海岸的南部相对于北部渐渐上升。据估算，南部地区的古海岸线在过去300万年间可能上升了60米。

对于雷默而言，动力上升则使其主要研究对象——从佐治亚州延伸到弗吉尼亚州的900公里长古海岸线——变得几乎无法使用。“请不要相信任何告诉你上新世海平面比现在高出10米以内的人，”她说道。

但是，比上新世更近阶段的研究结果则侧重于复杂计算机模型的协助。例如，2012年，雷默与米特洛维卡认为，40万年前百慕大群岛和巴哈马群岛海平面上升令人惊讶的高度，可能是早前冰河时期的冰层重量所制造的幻象。百慕大群岛和巴哈马群岛所在的位置在冰河时期曾向上隆起，之后又下沉，他们总结道。针对该效应进行调整后，他们认为海平面比目前高出6至13米。之后，根据发表于2014年《气候杂志》的研究显示，南美洲的观测结果则将这一区间缩小到8至11.5米。

结合计算机模型，排除冰盖影响的实地研究也进一步验证了对过去的观测。例如，达顿前往塞舌尔群岛，位于距离非洲东海岸1 500公里远的印度洋中的群岛，调查12万5千年前的海岸线。除了地势平缓之外，群岛还有古礁石沿着岩层垂直向上生长，为测量海平面变化提供了相对易读的标准。（那里有棕榈树和丝绸般柔软沙滩。“你得好好挑选专业。”达顿开玩笑道。）

其他科学家试图直接测量引起过去海平面上升的主要因素：极地冰的减少。这个月，以华盛顿大学的地质学家约翰·斯通为首的研究团队正在南极洲西部的皮利特山进行勘探，并钻入冰盖下方的基岩，旨在寻找这些石头接触宇宙射线时所产生的放射性同位素。这些同位素的存在表明那儿的冰曾消失过，基岩露出地表。并且因为这些同位素在可预知的时间范围内衰退为其他元素，科学家希望将其作为计时器记录当时冰盖融化的时间。“我真的以为，只要我们找到这些核心物质，我们最终将获得重大发现。”斯通说道。

海平面的发现早已表明融化大部分的冰盖也许并不需要太多热量。目前气候预报认为2100年气温上升4.8°C会让海平面上升一米——让许多沿海地区处于海水腐蚀和淹没的严重威胁当中。但是过去多个全球变暖时期的线索表明，随着时间的流逝，冰盖甚至对气温稍微上升都会十分敏感。达顿说道。她是本年度《科学》杂志一份研究报告的第一作者，该报告提醒现在的气温和12万5千年前的气温十分相近，而当时海平面可能比现在要高出6至9米。

这意味着气候变暖如此迅速，冰盖已失去平衡，都争着融化。

然而，对于今天的社会来说，最大的问题并不在于过去全球变暖时期海平面最终上升的高度，而在于上升得多快。科学家特别想知道两个问题的答案：南极冰是否突然间融化，以及如果是突然间融化，究竟是什么气候条件导致这样的事件发生？

“人人都想问的问题是‘南极西部冰盖多快能消失？’”达顿说道。

她认为尤卡坦游乐园的化石礁有助于找出答案。2009年关于珊瑚生长特性的研究引起轰动，其研究结果显示在121 000年前，海平面在不到一个世纪内上升了3米。波涛汹涌，淹没了一处礁石，为下一个更高的礁石创造生长条件，该报告的首席作者保罗·布朗雄说道（Paul Blanchon），同时他还是墨西哥国家自治大学海洋科学及湖沼学研究所的地质学家。

达顿对此表示怀疑。她认为这些估算都可以统统置之不顾，因为北美冰川融化时陆地会沉下去。

为了更清楚地说明海平面上升多快，她想要回到尤卡坦，并观察澳洲和美国佛罗里达州的礁石。她希望钻探数米深的礁核，那儿记录过去一定时期的海平面变化，犹如年轮记录着过去的天气。如果一个礁核中所有珊瑚年龄相近，意味着海平面当时快速上升，迫使珊瑚快速向上生长。如果一个礁核中的珊瑚年龄跨越数千年则表明是一个渐进的改变过程。

但是鉴于结合化石珊瑚分析的研究难题，请不要期待他们能给出细致的预算结果，例如海平面十年内或一个世纪内能上升多快，俄勒冈州立大学的地质学家彼特·克拉克（Peter Clark）提醒道。“我们可以说每千年上升多少米，但是我们不知道更精细的预算数据。”克拉克说道，他还是政府间气候变化委员会的最新海平面科学评估报告的两名首席作者之一。

达顿希望以后在尤卡坦的研究工作还能解决另一个问题：12万年前的海平面上升是如布朗雄所述，经历了约1.3万年的气候变暖之后才发生，还是如她所信，气候一旦变暖就快速上升。因为气候在温暖时期都会发生变化，了解时间段可以帮助科学家更好地解读什么条件会引发冰川融化，达顿说道。并且了解这些条件，反过来还能为南极西部冰川未来的变化提供线索，已有迹象显示冰川加速融化。“这就是为什么这个问题——发生在气候变暖之初还是之后——成为目前首要问题。”她说道。

答案需要对更多位于海平面上方的古海岸进行研究，而海平面将再一次，上升。

[资料来源：Science][责任编辑：粒灰]