让农业文明同时兴起的一次冰期

段景颐

在距今约1.2万年前的新月沃地一个被称为黎凡特的地区，一株野草引起了一个老年采集者的注意。他发现这株草上结出的种子不但比其他野草种子更饱满，而且没有像其他种子一样掉落在地上。他将这些种子带回部落，并撒在地上试着种植。这株植物来年开花接穗后，老者保留下一些颗粒同样饱满、成熟后挂穗的后代再次种植。渐渐的，这种野草被驯化成了黎凡特地区的一种粮食作物，它就是现在小麦的祖先。

类似的历史也在中国、墨西哥、秘鲁和埃塞俄比亚上演，古人驯化了水稻、大麦、豆类、玉米、马铃薯和高粱等植物。农业的兴起让人类有了稳定的食物来源，而且不用像牧民一样为了牛羊的牧草四处迁徙，人类开始了长期定居模式，部落人口逐渐增长，人类文明进入高速发展时期。查尔斯·达尔文认为，农业文明产生纯属意外。然而，让人不可思议的是这些意外事件几乎发生在同一时期——距今约1.2万年前。那么，是什么原因让农业文明在全世界不同地区几乎同时兴起？

记录死亡冰期的小白花

—种白色小花的花粉，让科学家揭开了其中的秘密。

1.2万年前，农业文明兴起时，地球刚好处于一个迷你冰期，而一种叫“仙女木”的植物向人类展示了这次大降温事件。仙女木是一种生活在寒冷苔原的蔷薇属植物，喜冷怕热。从19世纪末期起，科学家在欧洲南部、赤道地区，甚至是南半球约1.2万年前的地层中，陆续发现了大量仙女木花粉。为什么本该生长在寒冷地区的植物会在赤道这样温暖的地区被发现？难道当时地球经历了一次剧烈降温，才导致喜欢寒冷环境的仙女木的生长范围扩大到较低纬度地区？后续发现证实了科学家的猜想。这次冰期被称为“仙女木时期”，时间跨度为距今1.45万～1.15万年。仙女木时期分为三个主要阶段，其中人们研究最透彻的是距今1.28万～1.15万年的“新仙女木事件”，因为这次气候剧变直接影响了人类历史。

据估计，新仙女木事件导致全球平均气温骤降7～8℃。古生物学家在智利发现了神秘的“黑垫地层”，年代距今1.28万年。同时期南美大陆大型动物遗骸缺失、植物分布带明显转移、人工制品文物数量大幅减少……不仅如此，北美和欧亚大陆包括猛犸象在内的大型哺乳动物在新仙女木时期大量灭绝。以捕猎一采集获取食物的人类在冰期难以获得食物，迫于压力，他们中的一些人尝试种植粮食。其中一些失败了，另一些成功的部落和家庭开始了定居生活。科学家们分析，可能是新仙女木事件1000多年的迷你冰期点燃了农业文明的星火。那么，又是什么导致了新仙女木事件呢？

打断热量传送带

有不少科学家认为温盐环流被阻断很可能导致了新仙女木事件。

据推测，新仙女木时期全球变冷的原因可能是温盐环流被破坏。末次冰期（距今11万～1.2万年）时，地球上大部分地区覆盖着冰川。全球各地冰盖曾出现数次进退。冰退称为间冰段，格陵兰的冰芯钻探表明，过去十万年的末次冰期共有24个间冰段。

在新仙女木事件发生前，北美洲被一块平均厚达3千米的巨型冰盖压着，这块大冰盖从北极一直延伸到如今的美国纽约。随着气温逐渐升高，这块大冰盖部分融化，一些冰盖融水汇入河流，但绝大部分融水被巨型冰块形成的冰坝阻拦，形成湖泊，面积最大的相当于今天中国国土总面积的1/2。随着又一个间冰段的到来，地球气温进一步升高，这些冰坝变得越来越薄弱。终于有一天，冰坝崩溃，超過9000立方千米的湖水顿时涌入大西洋。

如此大量的淡水短时间内涌入大海，导致气候发生剧变。这是因为“大西洋经向翻转环流”（简称“AMOC”）对保持全球气候稳定有不可或缺的作用。AMOC就像海洋中的巨型传送带：热带海域深层的海水在上升过程中温度不断升高，随着洋流向北移动，升温后的海水将来自赤道的太阳能传递到寒冷的北方海域。其所经之地，附近温度都会有所提高，变得更适宜生命繁衍。最终AMOC中的一部分会冻结成为冰川，另一部分则因次含盐率随之增加，密度变大，从而沉入海床，再次向南方流动。

9000立方千米的淡水涌入北大西洋，大大稀释了海水，致使AMOC循环速度减慢，甚至停止。热带海域的热量无法被输送到更北方，北半球平均温度骤降。这导致原本是草原、森林的地区变成生产力低下的苔原，大型动物迅速消失……

可能是小行星撞击？

也有科学家认为，新仙女木冰期是由小行星撞击引发的，但引发这次灭绝事件的撞击坑又在哪里？

另一种理论认为，可能是小行星撞击地球导致了这次冰期。2015年，美国宇航局冰川科学家约瑟夫·麦克格雷格在查看“冰桥行动”收集到的雷达成像图片时，发现在格陵兰岛西北部海华沙冰川下方，居然躺着一个直径达31千米的巨大圆形洼地。他查看了卫星中分辨率成像光谱仪拍摄到的海华沙冰川图像，很快发现冰面上的图案与雷达成像相符。

2016年，为了进一步证实这些猜测，他们从德国某研究机构借来一架飞机，利用先进的冰穿透雷达获取了洼地和覆冰的地形数据，并在此基础上制作出了洼地和覆冰的3D模型。高精度3D模型展示出大量细节：明显的圆形边缘和多处中央隆起、受冲击扰动和未受扰动的冰层，以及洼地底部的碎片。

2016年和2017年的夏天，研究小组再次前往海华沙冰川，绘制冰川下方的岩石构造，并通过融水通道，收集从撞击坑中被冲刷出来的沉积物样本。他们发现，来自撞击坑的一些石英砂具有剧烈撞击造成的表面变形特征，还发现了撞击坑和核试验场才能发现的冲击石英。麦克格雷格初步认为，这是一个形成于距今300万～1.2万年的撞击坑，他将其命名为“海华沙撞击坑”。发现可能是巨大撞击坑的这个秘密被美国宇航局保守了三年。直到2018年11月，这个消息才正式对外公布。

麦克格雷格对海华沙冰川外部洋流中的铂等元素含量，以及冰川下方融水带出的沉积物进行分析，认为造成海华沙撞击坑的可能是一枚铁质陨石。而2013年哈佛大学科学家曾经在格林地区的冰芯中发现了超过平均值100倍的铂异常，后续研究显示，格陵兰岛在1.3万年前遭受过一次铁质陨石撞击，时间恰恰可以追溯到“新仙女木事件”之前。

麦克格雷格估计，这个铁质陨石的直径超过1.5千米，质量约为110亿吨，撞击地表前的最大瞬间速度超过7万千米/时，撞击产生的能量相当于7亿吨黄色炸药爆炸的威力。7亿吨黄色炸药爆炸的威力有多大？将广岛顷刻间夷为平地的“小男孩”原子弹的爆炸当量仅为1.5万吨。也就是说，1.2万年前，相当于至少4.7万枚“小男孩”原子弹爆炸的能量顷刻间在格陵兰岛释放。

2019年2月，在距离海华沙撞击坑约183千米的冰川下方，另一个隐藏的撞击坑出现在科学家眼前，其大小甚至超过了海华沙撞击坑，直径达35千米。“又一个撞击坑！”这个发现让麦克格雷格兴奋不已。通过全北极数字高程模型，麦克格雷格看到了这个撞击坑平坦的碗状内壁、中央峰和周围隆起的边缘。飞机上的重力计记录到了该地区出现负重力异常，这也是撞击坑的特征。从两个撞击坑的位置判断，它们可能形成于同一颗小行星。从撞击规模上看，这颗小行星具有能够重启局部生命竞赛的威力。

人类进入北美

新仙女木事件期间，历史上发生了另—件重要事件：人类开始进入美洲。

距今7万～5万年，人类祖先智人开始走出非洲，向欧洲、中亚和东亚迁移，寻找新的家园。一路上他们通过联姻、争斗等手段，或吞并或消灭了直立人、尼安德特人等史前人属动物。然而，在所有大陆中，美洲大陆是智人最后才抵达的。这是因为在距今2.65万～1.9万年，北美大陆大部分地区被厚厚的冰盖覆盖着，这让靠捕猎和采集获取食物和生活资料的人类难以生存。

虽然当时北美被永久冻土和巨大的冰川覆盖，但大量冰川意味着海平面比今天低得多——白令海峡的海平面比今天低i00多米。距今1.65万年前，西伯利亚和阿拉斯加之间的海域露出了部分土地，出现了一座连接两块大陆的白令陆桥。当时生活在西伯利亚东北角的智人可能尾随猛犸象、乳齿象或鹿等动物，以一个个小家庭为单位，通过白令陆桥来到北美洲。

2014年，一具死于1.27万年前的克洛维斯男孩尸体的基因分析结果告诉我们，今天生活在美洲的原住民中80%是克洛维斯人的直系后裔。克洛维斯人在约1.3万年前从西伯利亚取道白令陆桥进入北美。2015年，又有科学家发现美洲原住民与澳大利亚、巴布亚新几内亚和安达曼群岛的原住民有遗传联系。这表明在白令陆桥存在的那段时期，不同人种可能先后从白令陆桥进入北美洲，并辗转来到中美洲和南美洲。

白令陆桥总面积相当于7个浙江省的面积总和，生活在其上的不同人种可能根本无缘接触彼此。从今天人类的基因组差异上就可以看出这点。2017年科学家发现生活在距今800～500年的墨西哥人头骨十分特殊，头骨所属的人类必须至少保持2万年的基因隔离，这意味着这群人没有和其他人种接触并通婚。

正在冰河時期

地球目前正处于一个大冰期的间冰段中，温暖的气候可能不会持续太久。

冰川学认为，只要南北半球依然有大面积的冰盖——就好像今天格陵兰和南北极的大型冰盖，那么地球就还处于冰期。没错，现在的地球仍然处于开始于260万年前的第四纪大冰期中，至今没有迹象表明地球正在走出大冰期。但是现在的气候依然温暖不是吗？这是因为我们处在大冰期的间冰段中。

这次短暂的间冰段被称为全新世，始于1.1万年前。20世纪40年代，塞尔维亚科学家米兰科维奇通过大量计算，发现地球的轨道离心率、自转轴一轨道平面夹角、自转轴轴心进动这三个变量，分别以10万年、4.1万年和2.6万年进行周期性变化。因为这三个因素决定了地球接收到的太阳辐射总量和太阳辐射在地球上的分布，因此他提出日一地关系周期性改变造成了地球在冰期和间冰段间切换。

那么如何证明米兰科维奇的理论呢？我们需要借助古气候学。科学家通过钻洞获取年代古老的沉积物，能还原古代的气候模式。在南极洲的沃斯托克冰川，科学家提取了冰面以下4千米处的深层冰芯。冰层中的微小气泡保留了远古时期的空气，通过测量空气中同位素和温室气体比例，科学家能够了解从42万年前至今的气候变化过程。海洋沉积物也可以揭示古气候，不过科学家要找的不是气泡，而是岩芯中的生物化石。化石中生物种类、体型、数量和分布的变化，能告诉科学家当时海水温度、盐度、全球气候和温度。

让人担忧的是下一次冰期可能来得很快。白色冰盖能有效反射太阳辐射，海水温度下降又会让大气二氧化碳等温室气体更多溶解到海水中，这形成了一个正反饋，导致全球温度加速下降。若以米兰维克奇循环计算，再过2.5万～5万年，地球可能会进入下一个冰期。

新仙女木事件让我们看到气候如何影响环境和动植物数量，改变人类的生存状态，最终影响人类文明发展轨迹。随着新仙女木事件终结，地球从冰期进入温暖的间冰段，人类文明也在这1万多年的喘息期发展到了如今的高度。今天地球大气的二氧化碳含量是260万年来的最高水平，如果我们还不尽快改变这一切，气候变化对人类的影响将绝非戏言。

（责任编辑王川）

追溯小行星撞击事件

地球挨过不少小行星撞击。但可惜的是，我们已经无法追溯最早的小行星撞击事件了，因为地壳本身在不断更新：大多数年代久远的地壳已经被风化成细沙，能保留下来的也已经进入了下一轮的岩石循环。由于地球周而复始地更新着地壳，导致人类很难发现早期大型天体撞击地球的证据。而那些没有进入地壳循环的撞击坑，早已经被水体填满，成为圆形湖，许多撞击特征也已经被水侵蚀掉了。

虽然我们掌握的小行星撞击证据很少，但我们依然可以通过局部环境突变来还原小行星撞击事件。如果全球多处环境在同一时刻同时突变，我们就能知道在当时肯定发生了一次影响全球气候的大型天体撞击地球事件。这其中最著名的例子，当属6500万年前撞击墨西哥湾的一举将爬行巨兽恐龙从地球上抹杀的希克苏鲁伯陨石撞击事件。

要确定一片洼地是撞击坑，可以通过寻找冲击石英、重力异常和震裂锥来判断。许多矿物在承受高压时，结构会发生明显改变，地表上几乎随处可见的石英也有这种特质。地球上只有三种地区能够发现冲击石英：核试验场、室内实验室和撞击坑。陨石撞击地壳后，部分地壳会变得不如被撞击前致密，这会引起磁场和引力异常。只要能发现这种异常，也可以证明某个洼地是撞击坑。陨石撞击地面后，冲击波会沿着撞击方向，以树枝状图案继续向地下岩层传播，并在地下造成震裂锥。震裂锥表面还有许多从锥顶向外放射的纹路，这是冲击波在锥体上留下的印痕。