走進(jìn)深海洞穴

一位愛(ài)好潛水的意大利地質(zhì)學(xué)家無(wú)意中有了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)：漫長(zhǎng)的地球氣候變遷史，原來(lái)都攜刻在深水下的不洞穴中，說(shuō)不定未來(lái)氣候的演變規(guī)律也蘊(yùn)藏其中哩。

海中奇石

這是一塊在深海下生長(zhǎng)了20萬(wàn)年的巖石。在漫長(zhǎng)的成巖過(guò)程中，它不僅經(jīng)歷了溫度的高低變動(dòng)、海面的升降變化，還目睹了舊石器時(shí)代尼安德特人的出現(xiàn)與消失，以及人類文明的進(jìn)步和衰落。兩次冰河期過(guò)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(shí)驗(yàn)室里，安托尼奧里和他的合作者法國(guó)人巴德把石筍一劈兩半，想看個(gè)究竟。出乎意料的是，巖石橫斷面上竟“烙”下了20萬(wàn)年來(lái)因海面升升落落而形成的完整無(wú)缺的巖層紋理變化!

距今200萬(wàn)年前，地球開(kāi)始進(jìn)入大冰川期，這就是第四紀(jì)冰川活動(dòng)期。因?yàn)闅夂蚶渑⒏蓾窠惶娉霈F(xiàn)，這次大冰川期又由交替出現(xiàn)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(wàn)年前。隨著冰期和間冰期的出現(xiàn)，海面有相應(yīng)的降和升。科學(xué)家預(yù)言，從現(xiàn)在開(kāi)始的幾百年間，海面將上升2米或更多，這會(huì)造成沿海陸地被淹，人們固此流離失所。因此通過(guò)研究過(guò)去的氣候變化來(lái)預(yù)測(cè)將來(lái)可能面臨的危機(jī)，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(fā)現(xiàn)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(yùn)動(dòng)。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(biāo)注過(guò)。

他潛入洞中，看到洞底生長(zhǎng)著大群的灰色石筍，馬上意識(shí)到這里肯定曾經(jīng)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(jīng)長(zhǎng)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(guān)于過(guò)去海面變動(dòng)的線索，卻無(wú)法尋找到它們。8年后，他把發(fā)現(xiàn)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(jì)劃再采些石筍樣本回來(lái)。

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(wèn)題，是洞壁上覆蓋著一層厚厚的淤泥。他開(kāi)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(jiàn)五指，但他沒(méi)有放棄努力。終于，一塊30厘米長(zhǎng)的石筍跟洞底分開(kāi)……

解讀石筍

石筍內(nèi)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(yuǎn)的過(guò)去，海平面很可能不只一次地大幅度下降過(guò)，石筍因此幾番暴露在空氣中，隨著富含碳酸鹽的水從洞頂?shù)蜗拢S就獲得了黃色層。而當(dāng)海平面回升時(shí)，石筍又浸沒(méi)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(shí)差，就可以知道海平面升降的具體時(shí)間。這遠(yuǎn)比那種用古生物化石如珊瑚、孔蟲(chóng)等來(lái)推算海平面升降時(shí)間的辦法準(zhǔn)確得多，因?yàn)楹５讜?huì)隨著其所在地質(zhì)板塊的運(yùn)動(dòng)而升降。

巴德利用巖石中所含放射性同位素的數(shù)量，來(lái)推斷黃色巖層的年齡。水中有微量的可溶性元素鈾，當(dāng)從水中沉淀出黃色巖層時(shí)，這種放射性同位素全隨時(shí)間推移而衰減，先是鈾238衰變?yōu)殁?34，而后變?yōu)殁Q230。釷230不溶于水，因此保留在巖層中。隨著時(shí)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(jù)每種同位素的半衰期，就能精確測(cè)定巖層的年齡。

檢測(cè)結(jié)果顯示，這決深海石筍已經(jīng)生長(zhǎng)了20．6萬(wàn)年。通過(guò)對(duì)黃色巖層與白色沉積層之間界限的時(shí)間測(cè)定，研究人員分辨出了海平面達(dá)到最高峰的兩次時(shí)間，以及降至最低點(diǎn)的一次時(shí)間。位于最底層的白色沉積層在20．2萬(wàn)年前開(kāi)始生成，經(jīng)過(guò)1．2萬(wàn)年后停止生長(zhǎng)，這就意味著那段時(shí)間，海平面高得足以浸沒(méi)石筍。在這之后，冰期開(kāi)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(lái)的。距今1．45萬(wàn)年前，冰蓋消融，海平面回升，石筍又一次隱沒(méi)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(jié)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(chóng)測(cè)算的結(jié)果，誤差高達(dá)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(shí)間后，兩位科學(xué)家又開(kāi)始琢磨巖石是否也能告訴我們導(dǎo)致海平面升降的冰河期為何來(lái)了又去。冰河期來(lái)去的根本原因，被認(rèn)為是地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道的形狀和傾斜度的變化所導(dǎo)致的。在數(shù)萬(wàn)年至數(shù)十萬(wàn)年時(shí)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(lái)。地球自轉(zhuǎn)軸的傾斜度也在發(fā)生著變化。這兩種因素造成地球接收的太陽(yáng)熱量在地球表面的分布也發(fā)生周期性變化。20世紀(jì)20年代，塞爾維亞地質(zhì)物理學(xué)家米蘭柯堆奇提出一種觀點(diǎn)，認(rèn)為地球何時(shí)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(shí)期所決定的。

此后，天文學(xué)家十分精確地算出了地球軌道在過(guò)去數(shù)百萬(wàn)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(shí)段提供了依據(jù)。為了紀(jì)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(dāng)巴德和安托尼奧里把他們用石筍確定的海平面升降時(shí)間與“米蘭柯維奇周期”確定的時(shí)間作對(duì)比時(shí)，發(fā)現(xiàn)二者比較吻合。不過(guò)，這并不是說(shuō)石筍或“米蘭柯維奇周期”就能回答有關(guān)氣候變化的一切問(wèn)題。事實(shí)上，氣候變化與“米蘭柯維奇周期”之間的關(guān)系并非如此簡(jiǎn)單，固為實(shí)際上存在三個(gè)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(jī)制而變得更加復(fù)雜。這些周期會(huì)引發(fā)一系列事件，其中大多數(shù)與地球大氣中的二氧化碳以及冰面的反射能力有關(guān)，三個(gè)周期與氣候之間的關(guān)聯(lián)因此也就變得不那么簡(jiǎn)單了。

來(lái)自石筍的海平面升降時(shí)間與用其他方法推算的時(shí)間存在差別，恰好證實(shí)了這種復(fù)雜性。石筍顯示，倒數(shù)第二個(gè)冰期之后的海平面上升是在14萬(wàn)年前，比“米蘭柯維奇周期”確定的時(shí)間早了數(shù)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(jié)果表明，14萬(wàn)年前，海平面的上升同當(dāng)時(shí)大氣中二氧化碳含量的劇增有關(guān)。不過(guò)，20．2萬(wàn)年前海平面的上升卻與大氣中二氧化碳含量的增加關(guān)系不大，這可能是由于20．2萬(wàn)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(cè)，20，2萬(wàn)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(wàn)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(guò)，現(xiàn)在還不能斷定二氧化碳或冰面是否是導(dǎo)致冰期來(lái)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(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗涗浀臍v史不足以涵蓋整個(gè)“米蘭柯維奇周期”所包含的時(shí)段——44萬(wàn)年，這一時(shí)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(fā)現(xiàn)的海底迷宮，尋找更加古老的巖石。有誰(shuí)會(huì)想到，僅僅是一些簡(jiǎn)單的潛水設(shè)備和一把毫不起眼的鋼鋸，也能完成人造衛(wèi)星和極地探險(xiǎn)才能完成的事呢?