海洋歷史之謎

邱瑜/編譯

海洋歷史之謎

邱瑜/編譯

有關墨西哥游樂園中珊瑚礁化石的研究表明，在12萬年前，即地球溫暖期，海平面曾快速上升

●精確測算遠古海平面是一項艱巨的任務，堅持不懈的實地考察和計算機的輔助，讓這項工作未來可期。但是，至少現在，回答諸如“12萬年前的海平面上升與全球變曖究竟是怎樣的關聯”這樣的問題，依然還很渺茫。

安德里亞·達頓（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吹浪打的懸崖。但這位地質學家最奇怪的實地考察路線也許去年才開始，那時她花了一段時間在墨西哥尤卡坦半島一家由海邊叢林打造而成的游樂園進行觀察研究。

達頓此行目的不在于水上游樂設施或野生動物展覽，她走出佛羅里達大學實驗室是為了采集游樂園施工人員切割并曝露在外的石頭，這是超過10萬年的珊瑚礁遺跡。達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。“那是我那段時間里見過的最神奇的礁石造型，也許以后也是。”她回憶道。

達頓尋找古礁石是為了探索地球海岸線上蘊藏著什么。作為小眾科學家中的一員，她跑遍全球尋找證據，驗證早前全球變暖時期極地冰層融化時海平面上升高度。比如Jaguar鋼筆旁的化石礁就是過去海平面上升的一段縮影，而這是由12萬5千年前格陵蘭島及南極冰川融化所引起的。

以古海平面為據

精確測試遠古海平面是一項艱巨的任務。但是通過將堅持不懈的實地工作與計算機模型結合起來，達頓與其他科學家越來越確定過去海平面有時會比現在高出許多米，而當時氣候僅比現在稍微溫暖一些。這些結果提供了十分重要并且令人深思的證據，證明未來海平面可能會達到的高度。

“作為科學家我仍有許多不確定，”達頓說道，她還是PALSEA2，一家由專門研究遠古海平面科學家組成的國際組織的領導之一，“但我們確定的是海平面將繼續上升”，隨著這幾十年來額外的熱量一直釋放到氣候中，“并且不僅僅是一點點，我們依然任重而道遠。”

為了達成上述結論，海平面科學家主要關注3個時期，即當化石和化學證據顯示地球軌道輕微晃動時期，有時是大氣中二氧化碳（CO2）含量提高引起的，讓全球溫度變得跟現在一樣甚至更暖。300萬年前，全球溫度比現在的要高出1至2攝氏度，而CO2與目前一致，約百萬分之400（ppm）。更近的一段時期，12萬5千年及40萬年前，全球溫度與現在相同，但是CO2含量可能更低，約250至300ppm。

21世紀初，達頓開始測量上述歷史時期的海平面，有的科學家仍簡單地通過——比如沙灘變成的砂巖，或藏有珊瑚或軟體動物的礁石來測量古海岸線的高度——比目前的海平面高度還高。他們可以確定巖層的年代，進一步說明海平面曾經的高度。

這些結果有時候一團混亂。例如，當科學家試圖確定40萬年前的海平面時，某些站點的海岸線顯示比現在的高出9米。但是在某些群島——百慕大和巴哈馬群島——證據則顯示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，海平面才會上升到這個高度。部分科學家質疑這樣的結果，認為高位的沙灘與珊瑚只是偶然個例，可能是遠古大地震造成的。

實際上，令人目不暇接的事件會讓我們依據歷史預測未來時產生困惑。化石珊瑚的化學成分會隨時間發生變化，因此難以用來推算其年齡。珊瑚生長深度存在不確定性，這使得通過古礁石目前距離海平面的高度來推算歷史海平面難上加難。冰蓋體積巨大，其絕對重力會吸引周遭海水；當冰蓋體積達到最大時，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。并且沉重的冰蓋會使下方的地殼微微下凹，而附近地面會向上凸起。哈佛大學的地球物理學家杰里·米特洛維卡（Jerry Mitrovica）解釋，地球是“動態并且不斷演變的，這使我們的觀察扭曲失真”。

過去幾年里，來自哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的海洋地質學家莫林·雷默（Maureen Raymo）了解這些復雜情況多么令人抓狂。2009年，她與來自其他四個大學的科學家組隊，共同研究約300萬年前上新世海平面的高度。這是科學家們特別關注的時期，因為當時大氣中CO2的含量與現在相同。最初，雷默希望在幾大洲收集數百公里長的古海岸線的準確海拔測量數據，針對古冰川的重量進行調整從而得出相當準確的海平面估算值。

“但是這并不可能，”雷默回憶道，測量數據“亂七八糟”。

地質學家安德里亞·達頓檢驗化石珊瑚，美國佛羅里達州的這些珊瑚礁都是她的歷史海平面研究的一部分

復雜的變數

直到那時她才了解到另一個要素的重要性，即動力地形學。地球構造板塊的地質運動往往與地震和斷層線相關，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，美國東海岸的南部相對于北部漸漸上升。據估算，南部地區的古海岸線在過去300萬年間可能上升了60米。

對于雷默而言，動力上升則使其主要研究對象——從佐治亞州延伸到弗吉尼亞州的900公里長古海岸線——變得幾乎無法使用。“請不要相信任何告訴你上新世海平面比現在高出10米以內的人，”她說道。

但是，比上新世更近階段的研究結果則側重于復雜計算機模型的協助。例如，2012年，雷默與米特洛維卡認為，40萬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期曾向上隆起，之后又下沉，他們總結道。針對該效應進行調整后，他們認為海平面比目前高出6至13米。之后，根據發表于2014年《氣候雜志》的研究顯示，南美洲的觀測結果則將這一區間縮小到8至11.5米。

結合計算機模型，排除冰蓋影響的實地研究也進一步驗證了對過去的觀測。例如，達頓前往塞舌爾群島，位于距離非洲東海岸1 500公里遠的印度洋中的群島，調查12萬5千年前的海岸線。除了地勢平緩之外，群島還有古礁石沿著巖層垂直向上生長，為測量海平面變化提供了相對易讀的標準。（那里有棕櫚樹和絲綢般柔軟沙灘。“你得好好挑選專業。”達頓開玩笑道。）

其他科學家試圖直接測量引起過去海平面上升的主要因素：極地冰的減少。這個月，以華盛頓大學的地質學家約翰·斯通為首的研究團隊正在南極洲西部的皮利特山進行勘探，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所產生的放射性同位素。這些同位素的存在表明那兒的冰曾消失過，基巖露出地表。并且因為這些同位素在可預知的時間范圍內衰退為其他元素，科學家希望將其作為計時器記錄當時冰蓋融化的時間。“我真的以為，只要我們找到這些核心物質，我們最終將獲得重大發現。”斯通說道。

海平面的發現早已表明融化大部分的冰蓋也許并不需要太多熱量。目前氣候預報認為2100年氣溫上升4.8°C會讓海平面上升一米——讓許多沿海地區處于海水腐蝕和淹沒的嚴重威脅當中。但是過去多個全球變暖時期的線索表明，隨著時間的流逝，冰蓋甚至對氣溫稍微上升都會十分敏感。達頓說道。她是本年度《科學》雜志一份研究報告的第一作者，該報告提醒現在的氣溫和12萬5千年前的氣溫十分相近，而當時海平面可能比現在要高出6至9米。

這意味著氣候變暖如此迅速，冰蓋已失去平衡，都爭著融化。

然而，對于今天的社會來說，最大的問題并不在于過去全球變暖時期海平面最終上升的高度，而在于上升得多快。科學家特別想知道兩個問題的答案：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致這樣的事件發生？

“人人都想問的問題是‘南極西部冰蓋多快能消失？’”達頓說道。

她認為尤卡坦游樂園的化石礁有助于找出答案。2009年關于珊瑚生長特性的研究引起轟動，其研究結果顯示在121 000年前，海平面在不到一個世紀內上升了3米。波濤洶涌，淹沒了一處礁石，為下一個更高的礁石創造生長條件，該報告的首席作者保羅·布朗雄說道（Paul Blanchon），同時他還是墨西哥國家自治大學海洋科學及湖沼學研究所的地質學家。

達頓對此表示懷疑。她認為這些估算都可以統統置之不顧，因為北美冰川融化時陸地會沉下去。

為了更清楚地說明海平面上升多快，她想要回到尤卡坦，并觀察澳洲和美國佛羅里達州的礁石。她希望鉆探數米深的礁核，那兒記錄過去一定時期的海平面變化，猶如年輪記錄著過去的天氣。如果一個礁核中所有珊瑚年齡相近，意味著海平面當時快速上升，迫使珊瑚快速向上生長。如果一個礁核中的珊瑚年齡跨越數千年則表明是一個漸進的改變過程。

但是鑒于結合化石珊瑚分析的研究難題，請不要期待他們能給出細致的預算結果，例如海平面十年內或一個世紀內能上升多快，俄勒岡州立大學的地質學家彼特·克拉克（Peter Clark）提醒道。“我們可以說每千年上升多少米，但是我們不知道更精細的預算數據。”克拉克說道，他還是政府間氣候變化委員會的最新海平面科學評估報告的兩名首席作者之一。

達頓希望以后在尤卡坦的研究工作還能解決另一個問題：12萬年前的海平面上升是如布朗雄所述，經歷了約1.3萬年的氣候變暖之后才發生，還是如她所信，氣候一旦變暖就快速上升。因為氣候在溫暖時期都會發生變化，了解時間段可以幫助科學家更好地解讀什么條件會引發冰川融化，達頓說道。并且了解這些條件，反過來還能為南極西部冰川未來的變化提供線索，已有跡象顯示冰川加速融化。“這就是為什么這個問題——發生在氣候變暖之初還是之后——成為目前首要問題。”她說道。

答案需要對更多位于海平面上方的古海岸進行研究，而海平面將再一次，上升。

[資料來源：Science][責任編輯：粒灰]