走進深海洞穴

一位愛好潛水的意大利地質學家無意中有了一個驚人的發現：漫長的地球氣候變遷史，原來都攜刻在深水下的不洞穴中，說不定未來氣候的演變規律也蘊藏其中哩。

海中奇石

這是一塊在深海下生長了20萬年的巖石。在漫長的成巖過程中，它不僅經歷了溫度的高低變動、海面的升降變化，還目睹了舊石器時代尼安德特人的出現與消失，以及人類文明的進步和衰落。兩次冰河期過去了，這塊筍狀巖石自始至終呆在洞里，默默地注視著世間的滄桑巨變。

在羅馬的實驗室里，安托尼奧里和他的合作者法國人巴德把石筍一劈兩半，想看個究竟。出乎意料的是，巖石橫斷面上竟“烙”下了20萬年來因海面升升落落而形成的完整無缺的巖層紋理變化!

距今200萬年前，地球開始進入大冰川期，這就是第四紀冰川活動期。因為氣候冷暖、干濕交替出現，這次大冰川期又由交替出現的亞冰期和亞間冰期組成。亞冰期通常可分為5次，最近的兩次亞冰期距今約20—30萬年前。隨著冰期和間冰期的出現，海面有相應的降和升。科學家預言，從現在開始的幾百年間，海面將上升2米或更多，這會造成沿海陸地被淹，人們固此流離失所。因此通過研究過去的氣候變化來預測將來可能面臨的危機，十分必要，而石筍恰恰能為這方面的研究提供幫助。

安托尼奧里的發現純屬偶然。他在從事地球氣候變遷研究工作之外，還熱衰于潛水運動。1991年，他在位于意大利西海岸距羅馬北部100公里外的小島附近30米深的海面下，意外地找到了一系列迷宮般的洞穴，這些水下洞穴此前從未在地圖上標注過。

他潛入洞中，看到洞底生長著大群的灰色石筍，馬上意識到這里肯定曾經暴露于海平面以上。洞底的石筍是碳酸鹽類巖石受水溶蝕以后滴在地面，經長年累月沉淀，堆積而成。安托尼奧里雖然想到了石筍中可能有一些關于過去海面變動的線索，卻無法尋找到它們。8年后，他把發現水下洞穴的事告訴了巴德——一位研究巖石年齡的專家。巴德自信能解讀巖石的秘密，于是他們計劃再采些石筍樣本回來。

把深海下的巖石搬上地面并非易事。安托尼奧里的工具是一把鋼鋸。他面臨的最大問題，是洞壁上覆蓋著一層厚厚的淤泥。他開始鋸石筍的根基，一分鐘后，彌漫的泥漿就把他包圍，甚至伸手不見五指，但他沒有放棄努力。終于，一塊30厘米長的石筍跟洞底分開……

解讀石筍

石筍內部，黃褐色巖層與白色沉積層相間分布，非常醒目，這顯然是海平面升降留下的“烙印”。在遙遠的過去，海平面很可能不只一次地大幅度下降過，石筍因此幾番暴露在空氣中，隨著富含碳酸鹽的水從洞頂滴下，石筍就獲得了黃色層。而當海平面回升時，石筍又浸沒于水中，海洋微生物聚集在石筍表面，最終留下白色的沉積層。

如果能確定石筍的白色沉積層與黃色巖層之間的時差，就可以知道海平面升降的具體時間。這遠比那種用古生物化石如珊瑚、孔蟲等來推算海平面升降時間的辦法準確得多，因為海底會隨著其所在地質板塊的運動而升降。

巴德利用巖石中所含放射性同位素的數量，來推斷黃色巖層的年齡。水中有微量的可溶性元素鈾，當從水中沉淀出黃色巖層時，這種放射性同位素全隨時間推移而衰減，先是鈾238衰變為鈾234，而后變為釷230。釷230不溶于水，因此保留在巖層中。隨著時間推移，巖層中的釷230越積越多。所以，巖層越古老，其中釷230與鈾238的比值就越大。再根據每種同位素的半衰期，就能精確測定巖層的年齡。

檢測結果顯示，這決深海石筍已經生長了20．6萬年。通過對黃色巖層與白色沉積層之間界限的時間測定，研究人員分辨出了海平面達到最高峰的兩次時間，以及降至最低點的一次時間。位于最底層的白色沉積層在20．2萬年前開始生成，經過1．2萬年后停止生長，這就意味著那段時間，海平面高得足以浸沒石筍。在這之后，冰期開始，海平面下降，巖石露出水面，這期間的黃色巖層是由洞頂含碳酸鹽的滴水沉淀出來的。距今1．45萬年前，冰蓋消融，海平面回升，石筍又一次隱沒于深海，直到這次被安托尼奧里帶離水面。

安托尼奧里和巴德確信，推斷結果僅有不到前后2000年的誤差。而以前用海洋生物化石珊瑚和孔蟲測算的結果，誤差高達4000年左右。

海天之間

在明白巖石精確地記錄著海平面升降時間后，兩位科學家又開始琢磨巖石是否也能告訴我們導致海平面升降的冰河期為何來了又去。冰河期來去的根本原因，被認為是地球圍繞太陽運行的軌道的形狀和傾斜度的變化所導致的。在數萬年至數十萬年時間里，軌道的形狀從幾乎是正圓形變成橢圓形，然后又變回來。地球自轉軸的傾斜度也在發生著變化。這兩種因素造成地球接收的太陽熱量在地球表面的分布也發生周期性變化。20世紀20年代，塞爾維亞地質物理學家米蘭柯堆奇提出一種觀點，認為地球何時處于冰河期或不處于冰河期，是由地球處于軌道周期中的哪一時期所決定的。

此后，天文學家十分精確地算出了地球軌道在過去數百萬年間的變化情況，從而為確定地球處于冰河期和間冰河期的具體時段提供了依據。為了紀念米蘭柯維奇，這種周期性變化被命名為“米蘭柯維奇周期”。

重歸大洋

當巴德和安托尼奧里把他們用石筍確定的海平面升降時間與“米蘭柯維奇周期”確定的時間作對比時，發現二者比較吻合。不過，這并不是說石筍或“米蘭柯維奇周期”就能回答有關氣候變化的一切問題。事實上，氣候變化與“米蘭柯維奇周期”之間的關系并非如此簡單，固為實際上存在三個相互重疊的“亞周期”或“小周期”，它們的作用又因地球自身的反饋機制而變得更加復雜。這些周期會引發一系列事件，其中大多數與地球大氣中的二氧化碳以及冰面的反射能力有關，三個周期與氣候之間的關聯因此也就變得不那么簡單了。

來自石筍的海平面升降時間與用其他方法推算的時間存在差別，恰好證實了這種復雜性。石筍顯示，倒數第二個冰期之后的海平面上升是在14萬年前，比“米蘭柯維奇周期”確定的時間早了數千年。為查明原因，安托尼奧里和巴德又將石筍顯示的海平面升降變化同大氣中二氧化碳含量的歷史記錄作比較(這一記錄完好地保存在取自南極沃斯托克湖中的冰芯中)。結果表明，14萬年前，海平面的上升同當時大氣中二氧化碳含量的劇增有關。不過，20．2萬年前海平面的上升卻與大氣中二氧化碳含量的增加關系不大，這可能是由于20．2萬年前大氣中二氧化碳的含量增加得很少的緣故。專家們推測，20，2萬年前海平面的上升主要受到了“米蘭柯維奇周期”的影響，而14萬年前的海平面上升則還受到了大氣中二氧化碳反饋熱量的明顯影響。

不過，現在還不能斷定二氧化碳或冰面是否是導致冰期來去的重要因素。安托尼奧里所找到的石筍還不能確切回答這個問題，因為它所記錄的歷史不足以涵蓋整個“米蘭柯維奇周期”所包含的時段——44萬年，這一時段是石筍所記錄的歷史的兩倍多。

于是，安托尼奧里打算重返大海，潛回自己所發現的海底迷宮，尋找更加古老的巖石。有誰會想到，僅僅是一些簡單的潛水設備和一把毫不起眼的鋼鋸，也能完成人造衛星和極地探險才能完成的事呢?