讓農業文明同時興起的一次冰期

段景頤

在距今約1.2萬年前的新月沃地一個被稱為黎凡特的地區，一株野草引起了一個老年采集者的注意。他發現這株草上結出的種子不但比其他野草種子更飽滿，而且沒有像其他種子一樣掉落在地上。他將這些種子帶回部落，并撒在地上試著種植。這株植物來年開花接穗后，老者保留下一些顆粒同樣飽滿、成熟后掛穗的后代再次種植。漸漸的，這種野草被馴化成了黎凡特地區的一種糧食作物，它就是現在小麥的祖先。

類似的歷史也在中國、墨西哥、秘魯和埃塞俄比亞上演，古人馴化了水稻、大麥、豆類、玉米、馬鈴薯和高粱等植物。農業的興起讓人類有了穩定的食物來源，而且不用像牧民一樣為了牛羊的牧草四處遷徙，人類開始了長期定居模式，部落人口逐漸增長，人類文明進入高速發展時期。查爾斯·達爾文認為，農業文明產生純屬意外。然而，讓人不可思議的是這些意外事件幾乎發生在同一時期——距今約1.2萬年前。那么，是什么原因讓農業文明在全世界不同地區幾乎同時興起？

記錄死亡冰期的小白花

—種白色小花的花粉，讓科學家揭開了其中的秘密。

1.2萬年前，農業文明興起時，地球剛好處于一個迷你冰期，而一種叫“仙女木”的植物向人類展示了這次大降溫事件。仙女木是一種生活在寒冷苔原的薔薇屬植物，喜冷怕熱。從19世紀末期起，科學家在歐洲南部、赤道地區，甚至是南半球約1.2萬年前的地層中，陸續發現了大量仙女木花粉。為什么本該生長在寒冷地區的植物會在赤道這樣溫暖的地區被發現？難道當時地球經歷了一次劇烈降溫，才導致喜歡寒冷環境的仙女木的生長范圍擴大到較低緯度地區？后續發現證實了科學家的猜想。這次冰期被稱為“仙女木時期”，時間跨度為距今1.45萬～1.15萬年。仙女木時期分為三個主要階段，其中人們研究最透徹的是距今1.28萬～1.15萬年的“新仙女木事件”，因為這次氣候劇變直接影響了人類歷史。

據估計，新仙女木事件導致全球平均氣溫驟降7～8℃。古生物學家在智利發現了神秘的“黑墊地層”，年代距今1.28萬年。同時期南美大陸大型動物遺骸缺失、植物分布帶明顯轉移、人工制品文物數量大幅減少……不僅如此，北美和歐亞大陸包括猛犸象在內的大型哺乳動物在新仙女木時期大量滅絕。以捕獵一采集獲取食物的人類在冰期難以獲得食物，迫于壓力，他們中的一些人嘗試種植糧食。其中一些失敗了，另一些成功的部落和家庭開始了定居生活。科學家們分析，可能是新仙女木事件1000多年的迷你冰期點燃了農業文明的星火。那么，又是什么導致了新仙女木事件呢？

打斷熱量傳送帶

有不少科學家認為溫鹽環流被阻斷很可能導致了新仙女木事件。

據推測，新仙女木時期全球變冷的原因可能是溫鹽環流被破壞。末次冰期（距今11萬～1.2萬年）時，地球上大部分地區覆蓋著冰川。全球各地冰蓋曾出現數次進退。冰退稱為間冰段，格陵蘭的冰芯鉆探表明，過去十萬年的末次冰期共有24個間冰段。

在新仙女木事件發生前，北美洲被一塊平均厚達3千米的巨型冰蓋壓著，這塊大冰蓋從北極一直延伸到如今的美國紐約。隨著氣溫逐漸升高，這塊大冰蓋部分融化，一些冰蓋融水匯入河流，但絕大部分融水被巨型冰塊形成的冰壩阻攔，形成湖泊，面積最大的相當于今天中國國土總面積的1/2。隨著又一個間冰段的到來，地球氣溫進一步升高，這些冰壩變得越來越薄弱。終于有一天，冰壩崩潰，超過9000立方千米的湖水頓時涌入大西洋。

如此大量的淡水短時間內涌入大海，導致氣候發生劇變。這是因為“大西洋經向翻轉環流”（簡稱“AMOC”）對保持全球氣候穩定有不可或缺的作用。AMOC就像海洋中的巨型傳送帶：熱帶海域深層的海水在上升過程中溫度不斷升高，隨著洋流向北移動，升溫后的海水將來自赤道的太陽能傳遞到寒冷的北方海域。其所經之地，附近溫度都會有所提高，變得更適宜生命繁衍。最終AMOC中的一部分會凍結成為冰川，另一部分則因次含鹽率隨之增加，密度變大，從而沉入海床，再次向南方流動。

9000立方千米的淡水涌入北大西洋，大大稀釋了海水，致使AMOC循環速度減慢，甚至停止。熱帶海域的熱量無法被輸送到更北方，北半球平均溫度驟降。這導致原本是草原、森林的地區變成生產力低下的苔原，大型動物迅速消失……

可能是小行星撞擊？

也有科學家認為，新仙女木冰期是由小行星撞擊引發的，但引發這次滅絕事件的撞擊坑又在哪里？

另一種理論認為，可能是小行星撞擊地球導致了這次冰期。2015年，美國宇航局冰川科學家約瑟夫·麥克格雷格在查看“冰橋行動”收集到的雷達成像圖片時，發現在格陵蘭島西北部海華沙冰川下方，居然躺著一個直徑達31千米的巨大圓形洼地。他查看了衛星中分辨率成像光譜儀拍攝到的海華沙冰川圖像，很快發現冰面上的圖案與雷達成像相符。

2016年，為了進一步證實這些猜測，他們從德國某研究機構借來一架飛機，利用先進的冰穿透雷達獲取了洼地和覆冰的地形數據，并在此基礎上制作出了洼地和覆冰的3D模型。高精度3D模型展示出大量細節：明顯的圓形邊緣和多處中央隆起、受沖擊擾動和未受擾動的冰層，以及洼地底部的碎片。

2016年和2017年的夏天，研究小組再次前往海華沙冰川，繪制冰川下方的巖石構造，并通過融水通道，收集從撞擊坑中被沖刷出來的沉積物樣本。他們發現，來自撞擊坑的一些石英砂具有劇烈撞擊造成的表面變形特征，還發現了撞擊坑和核試驗場才能發現的沖擊石英。麥克格雷格初步認為，這是一個形成于距今300萬～1.2萬年的撞擊坑，他將其命名為“海華沙撞擊坑”。發現可能是巨大撞擊坑的這個秘密被美國宇航局保守了三年。直到2018年11月，這個消息才正式對外公布。

麥克格雷格對海華沙冰川外部洋流中的鉑等元素含量，以及冰川下方融水帶出的沉積物進行分析，認為造成海華沙撞擊坑的可能是一枚鐵質隕石。而2013年哈佛大學科學家曾經在格林地區的冰芯中發現了超過平均值100倍的鉑異常，后續研究顯示，格陵蘭島在1.3萬年前遭受過一次鐵質隕石撞擊，時間恰恰可以追溯到“新仙女木事件”之前。

麥克格雷格估計，這個鐵質隕石的直徑超過1.5千米，質量約為110億噸，撞擊地表前的最大瞬間速度超過7萬千米/時，撞擊產生的能量相當于7億噸黃色炸藥爆炸的威力。7億噸黃色炸藥爆炸的威力有多大？將廣島頃刻間夷為平地的“小男孩”原子彈的爆炸當量僅為1.5萬噸。也就是說，1.2萬年前，相當于至少4.7萬枚“小男孩”原子彈爆炸的能量頃刻間在格陵蘭島釋放。

2019年2月，在距離海華沙撞擊坑約183千米的冰川下方，另一個隱藏的撞擊坑出現在科學家眼前，其大小甚至超過了海華沙撞擊坑，直徑達35千米。“又一個撞擊坑！”這個發現讓麥克格雷格興奮不已。通過全北極數字高程模型，麥克格雷格看到了這個撞擊坑平坦的碗狀內壁、中央峰和周圍隆起的邊緣。飛機上的重力計記錄到了該地區出現負重力異常，這也是撞擊坑的特征。從兩個撞擊坑的位置判斷，它們可能形成于同一顆小行星。從撞擊規模上看，這顆小行星具有能夠重啟局部生命競賽的威力。

人類進入北美

新仙女木事件期間，歷史上發生了另—件重要事件：人類開始進入美洲。

距今7萬～5萬年，人類祖先智人開始走出非洲，向歐洲、中亞和東亞遷移，尋找新的家園。一路上他們通過聯姻、爭斗等手段，或吞并或消滅了直立人、尼安德特人等史前人屬動物。然而，在所有大陸中，美洲大陸是智人最后才抵達的。這是因為在距今2.65萬～1.9萬年，北美大陸大部分地區被厚厚的冰蓋覆蓋著，這讓靠捕獵和采集獲取食物和生活資料的人類難以生存。

雖然當時北美被永久凍土和巨大的冰川覆蓋，但大量冰川意味著海平面比今天低得多——白令海峽的海平面比今天低i00多米。距今1.65萬年前，西伯利亞和阿拉斯加之間的海域露出了部分土地，出現了一座連接兩塊大陸的白令陸橋。當時生活在西伯利亞東北角的智人可能尾隨猛犸象、乳齒象或鹿等動物，以一個個小家庭為單位，通過白令陸橋來到北美洲。

2014年，一具死于1.27萬年前的克洛維斯男孩尸體的基因分析結果告訴我們，今天生活在美洲的原住民中80%是克洛維斯人的直系后裔。克洛維斯人在約1.3萬年前從西伯利亞取道白令陸橋進入北美。2015年，又有科學家發現美洲原住民與澳大利亞、巴布亞新幾內亞和安達曼群島的原住民有遺傳聯系。這表明在白令陸橋存在的那段時期，不同人種可能先后從白令陸橋進入北美洲，并輾轉來到中美洲和南美洲。

白令陸橋總面積相當于7個浙江省的面積總和，生活在其上的不同人種可能根本無緣接觸彼此。從今天人類的基因組差異上就可以看出這點。2017年科學家發現生活在距今800～500年的墨西哥人頭骨十分特殊，頭骨所屬的人類必須至少保持2萬年的基因隔離，這意味著這群人沒有和其他人種接觸并通婚。

正在冰河時期

地球目前正處于一個大冰期的間冰段中，溫暖的氣候可能不會持續太久。

冰川學認為，只要南北半球依然有大面積的冰蓋——就好像今天格陵蘭和南北極的大型冰蓋，那么地球就還處于冰期。沒錯，現在的地球仍然處于開始于260萬年前的第四紀大冰期中，至今沒有跡象表明地球正在走出大冰期。但是現在的氣候依然溫暖不是嗎？這是因為我們處在大冰期的間冰段中。

這次短暫的間冰段被稱為全新世，始于1.1萬年前。20世紀40年代，塞爾維亞科學家米蘭科維奇通過大量計算，發現地球的軌道離心率、自轉軸一軌道平面夾角、自轉軸軸心進動這三個變量，分別以10萬年、4.1萬年和2.6萬年進行周期性變化。因為這三個因素決定了地球接收到的太陽輻射總量和太陽輻射在地球上的分布，因此他提出日一地關系周期性改變造成了地球在冰期和間冰段間切換。

那么如何證明米蘭科維奇的理論呢？我們需要借助古氣候學。科學家通過鉆洞獲取年代古老的沉積物，能還原古代的氣候模式。在南極洲的沃斯托克冰川，科學家提取了冰面以下4千米處的深層冰芯。冰層中的微小氣泡保留了遠古時期的空氣，通過測量空氣中同位素和溫室氣體比例，科學家能夠了解從42萬年前至今的氣候變化過程。海洋沉積物也可以揭示古氣候，不過科學家要找的不是氣泡，而是巖芯中的生物化石。化石中生物種類、體型、數量和分布的變化，能告訴科學家當時海水溫度、鹽度、全球氣候和溫度。

讓人擔憂的是下一次冰期可能來得很快。白色冰蓋能有效反射太陽輻射，海水溫度下降又會讓大氣二氧化碳等溫室氣體更多溶解到海水中，這形成了一個正反饋，導致全球溫度加速下降。若以米蘭維克奇循環計算，再過2.5萬～5萬年，地球可能會進入下一個冰期。

新仙女木事件讓我們看到氣候如何影響環境和動植物數量，改變人類的生存狀態，最終影響人類文明發展軌跡。隨著新仙女木事件終結，地球從冰期進入溫暖的間冰段，人類文明也在這1萬多年的喘息期發展到了如今的高度。今天地球大氣的二氧化碳含量是260萬年來的最高水平，如果我們還不盡快改變這一切，氣候變化對人類的影響將絕非戲言。

（責任編輯王川）

追溯小行星撞擊事件

地球挨過不少小行星撞擊。但可惜的是，我們已經無法追溯最早的小行星撞擊事件了，因為地殼本身在不斷更新：大多數年代久遠的地殼已經被風化成細沙，能保留下來的也已經進入了下一輪的巖石循環。由于地球周而復始地更新著地殼，導致人類很難發現早期大型天體撞擊地球的證據。而那些沒有進入地殼循環的撞擊坑，早已經被水體填滿，成為圓形湖，許多撞擊特征也已經被水侵蝕掉了。

雖然我們掌握的小行星撞擊證據很少，但我們依然可以通過局部環境突變來還原小行星撞擊事件。如果全球多處環境在同一時刻同時突變，我們就能知道在當時肯定發生了一次影響全球氣候的大型天體撞擊地球事件。這其中最著名的例子，當屬6500萬年前撞擊墨西哥灣的一舉將爬行巨獸恐龍從地球上抹殺的希克蘇魯伯隕石撞擊事件。

要確定一片洼地是撞擊坑，可以通過尋找沖擊石英、重力異常和震裂錐來判斷。許多礦物在承受高壓時，結構會發生明顯改變，地表上幾乎隨處可見的石英也有這種特質。地球上只有三種地區能夠發現沖擊石英：核試驗場、室內實驗室和撞擊坑。隕石撞擊地殼后，部分地殼會變得不如被撞擊前致密，這會引起磁場和引力異常。只要能發現這種異常，也可以證明某個洼地是撞擊坑。隕石撞擊地面后，沖擊波會沿著撞擊方向，以樹枝狀圖案繼續向地下巖層傳播，并在地下造成震裂錐。震裂錐表面還有許多從錐頂向外放射的紋路，這是沖擊波在錐體上留下的印痕。