地質(zhì)學(xué)史視野中的全球變化研究

1、按：以下文字第一次張貼時(shí)地學(xué)版還沒(méi)有成立，現(xiàn)借Copenhagen東風(fēng)，在地學(xué)版再貼一次，求正于方家。文字中并沒(méi)有包含這幾年突進(jìn)的石筍記錄，有暇再補(bǔ)吧。地球氣候要比我們?nèi)魏稳怂芾斫獾囊獜?fù)雜許多。今天的全球變化很大程度上已經(jīng)類似于一種宗教，成了大國(guó)博弈的工具。我寧愿做一只鴕鳥，當(dāng)風(fēng)暴來(lái)臨時(shí)，把頭埋入沙子，向過(guò)去尋找答案。讀科學(xué)史，窺興亡勢(shì)。按照教材上慣常的說(shuō)法，lesLyell在18301833年間發(fā)表的三卷本Principlesofg

2、eology(地質(zhì)學(xué)原理)成為地質(zhì)學(xué)作為一門學(xué)科建立的標(biāo)志。這一巨著的副標(biāo)題是“beinganattempttoexplainthefmerchangesoftheEarth’ssurfacebyreferencetocausenowinoperation”，表明在學(xué)科確立之初，對(duì)于存在于地球表面的過(guò)去全球變化即已納入地質(zhì)學(xué)的研究范疇?！霸谀撤N意義上說(shuō)，地質(zhì)學(xué)家要解決的問(wèn)題與普通歷史學(xué)家，甚或人類學(xué)家的問(wèn)題類似?！边^(guò)去的200多年里，對(duì)

3、全球變化事實(shí)的認(rèn)識(shí)、驅(qū)動(dòng)機(jī)制的理解隨著人來(lái)對(duì)自身生存與發(fā)展的日益關(guān)切而逐漸深入。諸多學(xué)者紛紛參與到這一宏偉的科學(xué)命題中，其中歧誤和學(xué)術(shù)泡沫自然也不會(huì)少?？茖W(xué)史學(xué)者希望了解的是某種思想或觀念的具體學(xué)術(shù)實(shí)踐，——哪些人參與或推動(dòng)了思想的變革，又有誰(shuí)傳播了學(xué)術(shù)思想，并最后造成了人群常識(shí)甚至信仰的改變。對(duì)全球變化而言，對(duì)歷史的梳理對(duì)于我們所在的這個(gè)不那么自信但更有思想好奇心的時(shí)代更加適合。如前所述，地質(zhì)學(xué)誕生在19世紀(jì)的歐洲。今天的我們知道覆蓋

4、這塊地區(qū)的沉積物主要是更新世(Pleistocene)冰期形成的泥礫，并廣泛發(fā)育鼓丘和蛇形丘的冰緣地貌。而當(dāng)時(shí)，從這片區(qū)域剛剛萌芽的全球變化研究對(duì)此的解釋卻迥然不同，它們似乎完美地和神學(xué)聯(lián)系在一起。地球在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為只有很短的歷史，圣經(jīng)、柏拉圖和古巴比倫記錄中普遍存在的洪水記載使得人們相信曾經(jīng)有大洪水席卷全球，在此過(guò)程中有大量巖屑沉積下來(lái)。JohnRay(1713)就認(rèn)為今天的地表巖石是由于洪水帶來(lái)的，JohnWoodward(1695)

5、為這一過(guò)程提供了化學(xué)解釋，1822年出版的經(jīng)典著作OutlineoftheGeologyofEnglWales中，Noah洪水被當(dāng)成了公理。甚至，在今天的非專業(yè)詞典中，Pleistocene還有一項(xiàng)釋義為“洪積世”。在Lyell的巨著出版之前，徹底反對(duì)普遍大洪水思想的學(xué)者，最突出的是JamesHutton，一位持自然神論觀點(diǎn)的農(nóng)場(chǎng)主和“河成論者”。他認(rèn)為上帝不會(huì)毀掉他親手創(chuàng)造的世界，提及阿爾卑斯山冰川范圍更大的可能，但沒(méi)有涉及氣候變化的

6、推斷。Hutton將泥礫和漂礫與自己的山脈緩慢形成緩慢侵蝕的思想結(jié)合起來(lái)組成其地質(zhì)學(xué)思想的主要部分。Lyell在Principlesofgeology的第一卷和第三卷中對(duì)我們今天所說(shuō)的冰川巖屑物質(zhì)成因時(shí)，提出這樣一種假設(shè)：由山崩堵塞的湖中可能有冰川漂浮，在堵塞物清除后沿山谷隨洪水下泄的冰川冰芯記錄也在展開。到1984年深海氧同位素時(shí)標(biāo)SPECMAP發(fā)表時(shí)，過(guò)去全球變化的三大支柱(深海沉積、冰芯和黃土)都已經(jīng)奠定了自己的位置。劉東生(Li

7、uTungsheng)等1958年首次確認(rèn)了中國(guó)黃土高原的第四紀(jì)黃土是在干冷環(huán)境中沉積而古土壤是在暖濕環(huán)境中發(fā)育的。這篇文章迅速被翻譯成德文，并在1961年的華沙INQUA大會(huì)上得以闡述。黃土的風(fēng)成學(xué)說(shuō)及其環(huán)境研究地位是在1982年精確測(cè)定了黃土的年代之后得到公認(rèn)的。1959年美國(guó)西點(diǎn)軍校的一份學(xué)術(shù)刊物報(bào)道了格陵蘭島西北的冰芯鉆探成果，揭開了上個(gè)世紀(jì)最后20年冰芯研究的宏大序幕。到1980年代中期，全球變化的研究框架大體確定，剩下的就是

8、如何去豐富變化的細(xì)節(jié)以加深對(duì)變化機(jī)制的理解。一切都很順利，包括冰期成因的天文學(xué)理論經(jīng)MilutinMilankovich完善后終于在1976年似乎統(tǒng)一了所有已經(jīng)得到的觀測(cè)事實(shí)，直到1980年代末。那時(shí)，從大西洋深海沉積中檢出Heinrich事件，在全新世開始前YoungerDryas事件中發(fā)現(xiàn)格陵蘭南部曾經(jīng)在50年內(nèi)升溫7℃，也就是說(shuō)冰期內(nèi)部以及冰期向間冰期的轉(zhuǎn)變統(tǒng)統(tǒng)是不穩(wěn)定的，宣告氣候系統(tǒng)的突變正式進(jìn)入學(xué)術(shù)視野。人們不得不重新檢視全球

9、變化的觸發(fā)與反饋機(jī)制。此后的十多年間，對(duì)于全球變化的事實(shí)部分，更多的集中在人類作為地質(zhì)營(yíng)力的影響和已有事實(shí)的驗(yàn)證上，再無(wú)突破，熱鬧的是這些事實(shí)的細(xì)節(jié)，以及它們的成因：如何被觸發(fā)，傳遞，和維持的。1840年，Agassiz【Agassizlake正是為了紀(jì)念此公】最早提出了冰期旋回，并使得冰期冰川得到了學(xué)界關(guān)注。但早在Agassiz的冰期學(xué)說(shuō)還在孕育的1830年，天文學(xué)家JohnHerschel就曾經(jīng)提出地球軌道的偏心率變化可能會(huì)影響地球

10、氣候。在Agassiz(1840)的冰川理論發(fā)表之后，JosephAlphonseAdhmar(1842)就綜合了地球軌道形狀(橢圓形)、地軸的運(yùn)動(dòng)和地球軌道的進(jìn)動(dòng)提出了冰期的歲差周期(22000年)，認(rèn)為由于歲差的存在使得不同半球的季節(jié)長(zhǎng)短不一，而且可變。Adhmar建議道不論哪個(gè)半球，只要冬季長(zhǎng)就會(huì)遭遇冰期。實(shí)際上，SimonDenisPoisson早在1836年就指出，雖然歲差可以改變季節(jié)長(zhǎng)短，但每個(gè)半球?qū)嶋H接受的年熱量是相同的，

11、可以是長(zhǎng)但溫或者短而冷的冬季，整體上一年中冬夏季接受的熱量平衡。換言之，僅考慮地球運(yùn)動(dòng)的歲差不足以形成冰期，于是，Adhmar的理論被束之高閣。又過(guò)了20年，JamesCroll在為格拉斯哥安德森學(xué)院守門期間讀到了Adhmar的書，嘗試著提出自己的關(guān)于冰期的理論。1876年他把自己先前的數(shù)篇文章綜合成了ClimateTime.他在Adhmar理論的基礎(chǔ)上考慮了地球公轉(zhuǎn)軌道形狀，即橢圓的偏心率的變化。因?yàn)楸┑娜诨枰欢ǖ臅r(shí)間，Crol

12、l認(rèn)為，當(dāng)偏心率足夠大，以至于某一半球冬季形成的冰雪不能為短而熱的夏季所融化的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)冰期，相應(yīng)的另一半球氣候溫暖。Croll還考慮到了將天文因素帶來(lái)的微不足道的太陽(yáng)輻射量的變化放大的反饋機(jī)制，比如高低緯地區(qū)熱量梯度增加對(duì)水循環(huán)的影響。由于反饋機(jī)制的存在，Croll贏得了大西洋對(duì)岸USGS負(fù)責(zé)人ThomasChamberlin的支持，正是后者首先發(fā)現(xiàn)了冰期存在的野外證據(jù)。Chamberlin最先考慮到了沉積旋回，尤其是碳在氣圈和巖