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  全石磊的故事 2017-05-25 00:00:00

  按照一般的常識(shí)性認(rèn)識(shí)，很難理解深藏地下的石頭怎么會(huì)與氣候變化有關(guān)。其實(shí)道理很簡(jiǎn)單，因?yàn)槎囱ㄊS是由滴水帶來(lái)碳酸鹽礦物沉積形成的，而洞穴滴水是雨水通過(guò)石灰?guī)r從地表滲透下來(lái)的，必然經(jīng)過(guò)土壤層。由于植物的根呼吸和微生物活動(dòng)，土壤中的空氣含有大量二氧化碳。一方面，土壤二氧化碳的多少受溫度的控制；另一方面，土壤二氧化碳的多少又能決定巖石被溶解的多少:二氧化碳含量高，水的酸度就大，被溶蝕的石灰?guī)r就多，沉積到洞里的物質(zhì)也就多；反之，二氧化碳含量低，水的酸度就小，所溶蝕的石灰?guī)r就少，當(dāng)然沉積到洞里的物質(zhì)也就少。由此可見(jiàn)，水不但是運(yùn)輸物質(zhì)的載體，而且也是傳遞信號(hào)的媒介。在從地表向地下傳遞的過(guò)程中，水流不但帶有大氣溫度或降水變化的信號(hào)，而且還加入了許多地質(zhì)、土壤環(huán)境變化的信號(hào)。當(dāng)水Z后到達(dá)洞里，從滴水沉積出來(lái)的石筍也就成了一個(gè)環(huán)境氣候變化的記錄器。 如何確認(rèn)石筍記錄的是溫度變化？ 實(shí)際上，從發(fā)現(xiàn)石筍年生長(zhǎng)層、理解石筍如何記錄氣候變化的基本原理，到通過(guò)科學(xué)的方法用石筍揭示出氣候變化的事實(shí)，走過(guò)了漫長(zhǎng)的路程。譚明介紹說(shuō)，記錄研究是古氣候的基礎(chǔ)研究，因?yàn)闆](méi)有記錄，一切都無(wú)從談起。而記錄研究有兩件事情做起來(lái)Z難，一是精確定年，二是定量重建。上世紀(jì)末，在發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的石筍年層序列以后，全世界的石筍年層研究者都在努力尋找用年層厚度變化重建古氣候的方法。不約而同的是，在這個(gè)探索過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外的石筍研究者都借鑒了樹(shù)木年輪的研究方法。 首先，要確定采用什么樣的石筍才能正確地進(jìn)行氣候重建。假設(shè)氣候變化對(duì)每年的沉積量有影響，那么，就可以根據(jù)沉積量的變化反推氣候的變化。但怎樣才能正確地測(cè)定沉積量呢？一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的方法是用年層的厚度代替沉積量，但前提是二者之間存在線性相關(guān)關(guān)系。形狀奇特的石筍雖然觀賞價(jià)值很高，但其沉積厚度與沉積量之間的關(guān)系很復(fù)雜，因?yàn)檫@種石筍的單層厚度可能處處不同，所以，用它來(lái)代替沉積量是做不到的。因此，必須采用單層厚度比較穩(wěn)定的圓柱狀石筍，才有可能用層厚代替沉積量反推氣候變化。這就是“Z簡(jiǎn)單的圓柱狀石筍在重建氣候的研究中反而Z有價(jià)值”的道理。 其次，專家們要嚴(yán)格按照科學(xué)的統(tǒng)計(jì)規(guī)范進(jìn)行層厚測(cè)量。要求不同的觀測(cè)者對(duì)石筍年層進(jìn)行重復(fù)計(jì)數(shù)并沿不同線路測(cè)量層厚、計(jì)算平均，而得到的數(shù)據(jù)要基本一致；還要辨認(rèn)出偽年層并給出測(cè)量誤差，Z終才能建立基本反映年沉積量差異的層厚序列。石花洞石筍的2650年層厚序列就是這樣做出來(lái)的。 下一步就是用氣象記錄去校準(zhǔn)層厚序列，即采用儀器記錄的逐月、逐年的降水和溫度數(shù)據(jù)對(duì)層厚序列做相關(guān)計(jì)算。通過(guò)這個(gè)方法就能識(shí)別出年層厚度變化所包含的氣候信息。由于石筍沉積同時(shí)受很多因素的影響，所以，并不是所有的層厚序列都能反映氣候變化。很幸運(yùn)的是，石花洞石筍的年層厚度對(duì)氣候變化、尤其是對(duì)夏季溫度的變化比較敏感，這樣，Z終專家們就獲得了公元前665年到公元1985年一共2650年的重建溫度。石筍獲取于1995年，Z頂上一層的年份應(yīng)該是1995年，但為什么重建氣候只到1985年呢？譚明解釋說(shuō)，因?yàn)槭ǘ丛?986年向游客開(kāi)放以后，洞穴內(nèi)空氣的二氧化碳很快上升，這個(gè)過(guò)程影響了石筍沉積，因此，1986年后的石筍年層雖然也有數(shù)據(jù)，但其厚度已經(jīng)不能代表氣候變化，所以在溫度重建中沒(méi)有采用。 這項(xiàng)成果有助于解釋氣候變暖 在石花洞石筍重建的溫度記錄中，溫度變化顯示了兩漢、隋—盛唐、宋—元和現(xiàn)代幾個(gè)溫暖時(shí)期。特別是，這條溫度曲線顯示從15世紀(jì)小冰期以來(lái)，北京溫度就一直波動(dòng)上升。將這條曲線與“歐亞夏季溫度”曲線(由歐洲樹(shù)輪氣候?qū)W家布利法建立)、“ZG年均溫度”曲線(由ZG科學(xué)家楊保等人建立)放在一起，能夠清楚地看出，這三條曲線顯示的百年尺度溫度變化都從一個(gè)低谷(大約300－400年前)不斷上升，一直升溫到20世紀(jì)，并且現(xiàn)在還在繼續(xù)。 這種對(duì)不同記錄的綜合分析很重要，因?yàn)椋绻容^多的氣候記錄都表明，早在工業(yè)革命以前，氣溫就已經(jīng)從小冰期返回并不斷上升。也就是說(shuō)，變暖，除了“溫室效應(yīng)”這個(gè)原因之外，還有一個(gè)自然背景。 很多古氣候?qū)W家早就注意到，太陽(yáng)的能量輸出是周期性不斷變化的:當(dāng)太陽(yáng)黑子增多的時(shí)候，其能量輸出就會(huì)稍稍增大，地球溫度就高，反之則低。 石花洞石筍通過(guò)記錄溫度變化，同時(shí)也就記錄了太陽(yáng)的活動(dòng)歷史，因而為變暖的自然背景提供了一個(gè)重要佐證。譚明同時(shí)指出，這只是一個(gè)自然背景，可以幫助解釋變暖的原因。但出于保護(hù)地球環(huán)境的目的，任何人都應(yīng)該無(wú)條件地支持減排溫室氣體行動(dòng)。 氣象部門對(duì)于古氣候的研究過(guò)去主要靠的是取自南極的冰芯等?，F(xiàn)在，石花洞石筍的溫度記錄，有助于判斷氣候演變，對(duì)減災(zāi)防災(zāi)和決策提供依據(jù)。

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