的的喀喀湖：樹蠟揭示氣候變化的過去和未來

莫未民

的的喀喀湖位于秘魯和玻利維亞兩國交界的科亞奧高原上，科學家最近發現該湖底的泥沙可以揭示氣候變化的過去和未來。

沿著的的喀喀湖，考古學者發現了玻利維亞早期的蒂瓦納科文明，該文明出現于公元3世紀，包括秘魯、玻利維亞和智利，后來發展成為印加文明。

在這些王國出現以前，的的喀喀湖經歷了過山車式的氣候變化過程，強弱季風交替影響著湖泊盆地地區，出現洪澇和干旱的輪流變換。伍德霍爾海洋研究所的古氣象研究專家，在湖底的泥沙中發現了湖水漲落的規律，進而發現了該地區季風變化的規律。研究人員將氣候變化與湖底泥沙中古代植物的樹蠟、氣溫變化聯系起來。

的的喀喀湖泊盆地也是揭示地球氣候變化與地貌改變關系的地方。植物吸收空氣中的溫室氣體二氧化碳，并將二氧化碳轉化為有機物，以形成植物的枝葉、根和莖。有一部分有機碳被保存在土壤和泥沙中，這些土壤和泥沙可能位于河流的洪泛區，或者是濕地湖泊中?？茖W家研究發現，這些土壤和泥沙中的有機物碳含量是大氣中含量的3倍多。

地球的氣候變化，能夠改變陸地生態系統存儲有機碳的速度和方式。即使是存儲于土壤中的有機碳發生了一個很小的改變，也會對大氣中的二氧化碳造成大的變化，還會影響地球未來的氣候變化走向。

今天，當人們正在擔心化石燃料的使用會導致大氣中二氧化碳增加的時候，研究碳在空氣、水和陸地的循環過程，能夠對預測未來氣候變化提供有價值的幫助。

這正是伍德霍爾海洋研究所科學家弗蘭斯·汀的研究課題，他正在的的喀喀湖底泥沙里存留的古代植物遺跡中尋找答案，這些古代植物可能是低矮的灌木殘枝，也可能是多節的腐木，研究的目標是，跟蹤這些古代有機碳的蹤跡，發現碳存儲變化與氣候變化的關系。

的的喀喀湖

的的喀喀湖位于玻利維亞和秘魯之間，長達200公里，最寬處80公里，最深處150米，位于科亞奧高原上，該高原位于安第斯山脈的東西分界處。

的的喀喀湖位于熱帶赤道地區，一年中大部分的降雨集中在夏季，這時南美季風在赤道南部和亞熱帶的低洼地區盛行。由于周圍環山，的的喀喀湖盆地積聚來自季風的降雨，這里有5條主要河流流入湖泊。

在大約2萬年前的上一個冰川紀，的的喀喀湖是一個相對于今天來說比較涼爽濕潤的地方，濕度非常高，以至于的的喀喀湖的蓄水太多，經常造成湖泊漫溢，漫溢的洪水淹沒了南部的阿爾蒂普拉諾高原，在那兒形成了很多淡水湖，現在這些地方都變成了鹽性平地。

當地球從冰川紀進入間冰期，北半球高緯地區的氣溫并沒有上升，但是處于暖涼交換狀態，最后在1萬年前處于穩定的溫暖狀態。盡管的的喀喀湖在南半球，但湖區盆地的降雨變化與北半球類似地區的變化相似，當北半球是溫暖季節時，這里表現出少雨干旱。

碳與氣候

研究人員搞清楚的的喀喀湖地區過去的氣候變化情況后，就可以進一步弄明白氣候變化是如何影響地面有機碳存儲的。的的喀喀湖盆地面積相對較小，陸地生態系統受外界影響小，這為研究古生物碳存儲提供了方便。

由于未來的地貌不好研究，因此，研究過去陸地生態系統如何對極端氣象事件進行反應，能夠為人類提供有價值的參考。但是，這樣的研究并不是百分之百的準確，因為未來氣候的變化不一定會重復過去發生的情景，但是，當人們了解氣候與大陸有機碳存儲之間的重要關系后，對掌握未來氣候變化趨勢大有裨益。

一段時間內，植物的有機碳進入泥土和濕地后，微生物會將有機碳分解，并釋放出二氧化碳進入大氣，然而，與此同時發生的土壤侵蝕和河流搬運作用，卻似乎在與生物的降解作用進行賽跑，因為土壤的侵蝕作用和河流搬運要在生物發生完全降解之前，將生物有機碳搬運到湖底的泥沙中進行保存，以記錄氣候發生的變化。例如，氣候變化造成的颶風和強降水，會導致洪水，能夠加快陸地有機碳進入河流和海洋的速度，并被層積在那里。有機碳存儲到泥沙中的過程比較復雜，牽涉生態和物理過程較多，速度也不同，有機碳能夠在陸地的土壤、濕地和河流洪泛區任何一個地方存留，時間有可能是幾個星期，也可能是成千上萬年。

在所有這些因素中，氣候對這些變化過程的快慢起著重要作用。生物降解，不論是地面上的，還是地下的，都取決于濕度和降雨，降雨又能夠促進地面侵蝕和河流搬運作用，因此，氣候對陸地植物存儲有機碳影響明顯。

樹蠟線索

看起來似乎不可接受，生物界碳循環最好的例證卻存在于水下，因為有機碳在土壤中很難被完好保存成千上萬年，但是存積在的的喀喀湖底的分層泥沙卻能夠完好保存成千上萬年。在這些分層的泥沙中存儲的有古代植物的完好標本，標本中含有來自陸地的有機碳。2001年，一個由“國際大陸鉆探項目”完成的泥沙樣本采集，在的的喀喀湖收集到的泥沙測管長達100多米，這為研究該區域陸地有機碳的存儲變化提供了方便。

正如人們想象的那樣，泥沙樣本的分析有點復雜，泥沙樣本的每一段泥沙中都含有古代生物遺跡，包括水生組織、細菌、陸生植物，甚至是來自古代巖石的碳，研究人員首先要將來自陸地的有機碳與其他的碳分離開來，科學家將注意力集中到一種被稱為“生物標記”的分子上，這種分子就像人類的指紋一樣，通過對“生物標記”的識別，科學家能夠區分哪些是來自陸地的有機碳，哪些是來自水中的，或者是來自巖石的。

研究人員關注一種長鏈飽和脂肪酸，維管植物（含有纖維管的植物）會產生這種物質，科學家稱之為樹蠟，樹蠟分泌在植物的葉片上，使每種植物有特殊的氣息。每個活著的植物都能夠產生這種飽和植物酸，通常是由16～18個碳原子組成的鏈狀結構，但是，陸地植物卻是唯一能夠制造出32～34個碳原子長鏈結構的植物。陸地植物的有機碳可能呈現出不同的形式，長鏈飽和脂肪酸能夠在新鮮的嫩葉或者土壤中古代植物遺跡中發現，這使得長鏈飽和脂肪酸成為植物來源于陸地有機碳的良好代表。

陸地有機碳

當研究人員將樹蠟從樣本中分離出來后，就能夠使用放射性碳元素衰變技術測定其年齡。這一技術利用了天然碳-14的衰變規律，在特殊情況下，科學家要搞清楚這些分子在沉入湖底以前暴露在陸地上的時間。為了搞清楚樹蠟存在于陸地上的時間，科學家需要將樹蠟的年齡與發現樹蠟的泥沙年齡進行對比。

科學家還對氣候變化影響有機碳存儲于泥水中的快慢進行判斷，這取決于有機碳通過植物進入土壤、濕地和河流湖泊的速度，樣品可能非常古老，或者相對年輕，如果氣候變化增加或者減少存儲于泥沙中有機碳，就可以從較古老一些和較年輕一些的泥沙中找到答案。