多種層次的替代指標

全球性的氣候變化多數都具有規模宏大的特點。就在一個多世紀之前，奧地利的兩位地質學家阿爾布雷希特·彭克（Albrecht Penck）和愛德華·勃呂克納（Eduard Brückner）發現，阿爾卑斯地區至少經歷了四個重大的冰期，而兩個冰期之間則隔著氣候溫暖的間冰期。這兩位地質學家研究的，是高山河谷中的冰川沉積物；只不過，如今他們的研究早已落伍了。用這四個冰期來描述“大冰期”，未免太過簡單，因為“大冰期”構成了人類進化與現代人類出現在世界舞臺之上的背景。如今我們知道，“大冰期”（即“更新世”）是在大約15000年前的“武木冰期”（Würm glaciation）結束的。隨著“大冰期”的結束，“全新世”（詞源中的希臘語holos意為“新的”）帶來了氣候的自然變暖，并且朝著氣候學上的現代世界穩步前進了。

我們對“大冰期”氣候的認識，建立在氣候變冷與變暖這種籠統的基礎之上。在這個方面，我們所用的時間尺度須以千年計、以萬年計。例如，我們知道上一個冰期里氣候最寒冷的數千年，是在21000年之前左右。但是，后來的記錄極其清楚地表明，氣候一直都在變化；因此，對于30000年前至15000年前“大冰期”中的氣候，我們最終就不會根據冰川沉積物，而是根據氣候替代指標來進行更加細致的描述。

所謂的替代指標，是指源于大自然的氣候信息資料，比如冰川鉆芯和樹木年輪，它們可用于判斷19世紀中葉首次利用儀器做出準確記錄之前的變化氣候條件。在西南太平洋鉆取的深海巖芯，可以追溯至78萬年之前的情況，涵蓋了“大冰期”的大部分年代；它們表明，在這幾千年間，至少出現了多個完整循環的冰期與間冰期。顯然，“大冰期”的氣候變化要比人們一度推斷的劇烈得多。然后我們有了冰芯，取自格陵蘭冰蓋與南極冰層的深處；現在，這種冰芯為我們提供了準確得多的氣候記錄，其年代至少可以追溯至80萬年之前的更新世。例如，我們如今得知，過去的77萬年里有一個時長達10萬年的周期，支配著全球從寒冷的冰期轉換到氣溫較高的間冰期。氣候變冷是一個漸進過程，而變暖的速度卻要快得多。

當然，在利用如今幾乎從每一個海洋中都能鉆得的深海巖芯，以及從許多地方（其中包括了安第斯山脈秘魯段的熱帶冰川）鉆取的冰芯時，還存在許多的復雜因素。源自冰芯和海洋巖芯的替代指標正在變得越來越精確，但從考古學的角度來看，它們通常為我們提供的是“大冰期”中廣泛的氣候背景。大量的黃土沉積物也是如此，這些風積塵土源自“大冰期”里的冰川，常常在烏克蘭和其他地區的河谷中把“大冰期”晚期的定居點掩埋起來。雖說這是一種很不錯的總體視角，但在考慮人類適應氣候變化的措施時，我們必須依賴一些更加精細的替代指標才行。

“洞穴沉積物”（speleothem）一詞有點兒拗口，這種替代指標在氣候舞臺上雖然算是相對新鮮的事物，卻具有極其重要的作用。鐘乳石（聚積于洞穴頂上）和石筍（長在洞穴地面上）是由富含礦物質的水透過地面，滴入洞穴之后形成的。隨著富含礦物質的水不停地流動，洞穴沉積物中就會形成許多有光澤的薄層。滴入洞穴的地下水越多，洞穴沉積物里形成的層次就會越厚，而滴入洞穴的地下水越少，分層也就越薄。巖溶洞穴沉積物中的層次，可以通過測量從其周圍基巖溶入水中的鈾含量來確定年代。這一過程中會形成一種碳酸鹽，這種碳酸鹽則會變成不斷生長的洞穴沉積物里每一層的組成部分。鈾會以世人已知的速度衰變為釷，因此我們可以確定各層的年代。這就形成了地下水位隨著時間變化的一種大致記錄。各種各樣的因素，比如當地地下水的化學成分，都會對洞穴沉積物的生長產生影響。這就意味著，我們必須把源自一個洞穴的氣候記錄，與源自一個廣闊地域里其他洞穴中的沉積物所記錄的氣候信息進行對比才行。

考慮到水中既存在重氧也存在輕氧，因此氧同位素比率就為我們提供了一種方法，可以了解降水隨著時間推移而變化的情況。大雨會帶來較多的輕氧，重氧則是雨水較少的標志；不同來源的水中，二者的比率也不同。對洞穴沉積物的研究，如今還處于發展階段，但這種研究有著巨大的潛力，能為我們提供歷史上的精確降雨數據；它們可能與過去的事件直接相關，比如公元10世紀瑪雅低地文明的沒落。在全球許多地區，重要的洞穴沉積物記錄都在迅速積累起來。它們有可能成為所有氣候替代指標中最有用的一種。

在“大冰期”末期的數千年里，隨著海平面上升了90米左右，達到了現代海平面的高度，全球的地形地貌也發生了巨大的變化。本書第二章中描述了兩個經典的例子，即曾經將西伯利亞東北部與阿拉斯加連接起來的那條沉沒的大陸橋，以及多格蘭直到公元前5500年左右曾將英格蘭與歐洲大陸連在一起的眾多沼地河流平原。在公元前4000年左右之前，撒哈拉沙漠曾是牧民的家園，而從鉆取的巖芯與孢粉分析中我們得知，這一時期的數千年里，撒哈拉地區到處都是淺湖和半干旱草原。

我們研究過去15000年間的氣候變化時，開始使用更加完整的替代指標資料，比如來自北美洲和歐洲北部的孢粉記錄，它們記錄了全球氣候變暖以來復雜的植被變化情況。第一批較精確的氣候替代指標，就是來自歐洲北部沼澤與濕地的微小顆粒狀孢粉化石；它們表明，“大冰期”之后那里的植被出現了巨大變化，從開闊的草原變成了樺樹林，最終又變成了樺、櫟混交林。此時的孢粉序列，加上木炭之類的其他源頭，非但記錄了歐洲西部早期農耕村莊周圍不斷變化的植被情況，而且記錄了空地上蓬勃生長的栽培性雜草的情況。例如，人們從英格蘭東北部的一個湖畔定居地獲得了樺樹孢粉和蘆葦燃燒后形成的木炭，那里自公元前9000年至公元前8500年間就開始有人居住了；當時的人曾在春秋兩季，趁著蘆葦很干燥和新苗開始生長的時候反復焚燒蘆葦。這種受控焚燒不但有助于植物的生長，而且可以引來覓食的動物。

人們利用樹木年代學（即用古樹的年輪來測定年代）的歷史，差不多有一個世紀之久了。這種方法，是由對太陽黑子頗感興趣的美國西南部的天文學家安德魯·道格拉斯（Andrew Douglass）率先提出來的，后來，它很快演變為一種精確的測定方法，用來判斷古普韋布洛遺址發掘出的橫梁的年代，比如新墨西哥州查科峽谷中的“普韋布洛波尼托”（Pueblo Bonito）遺址。樹木年輪是由木質與樹皮之間的形成層或者生長層構成的，其中記錄了特定品種的樹木每年的生長情況，比如美國西南部的道格拉斯冷杉。與現存活樹中的年輪序列結合起來之后，古時的樹木年輪就能讓我們得知一些建筑物的建造年代，比如歐洲的大教堂、美國西南部的普韋布洛村落、沉船，以及其他各種各樣的建筑。它們還能為世人提供寶貴的氣候信息，這種信息是通過記錄夏季降雨產生的氧同位素信號提供的?，F在，樹木年代學可以達到驚人的精確程度了。利用來自歐洲中部的7000個樹木年輪序列，人們已經估算出了公元前398年至公元2000年間，每年4月至6月間這個重要的種植季與生長季的降雨量。樹木年輪如今已是氣候學研究的重要對象，世界許多地區都有大量年輪序列業已測定了年代。它們不但可以用于測定考古遺址的年代，還能提供非常精確的干濕降雨周期圖。如今的樹木年輪序列極其豐富，我們據此可以了解到嚴重干旱在美國西南部蔓延的情況。其中的多場干旱和其他一些氣候變化，都是強大的全球性氣候力量造成的。