| 2020-06-26
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从古至今,自然环境的灾害或气候变迁一直都是人们所关切的课题,早在距今三千年前的殷商甲骨文中,就已有天气观测及占卜预测的纪录;直至今日的电影编剧,大自然的异象更是历久不衰的题材,如慧星撞击、飓风侵袭、地磁消失及火山爆发等,2004年风靡全球的「明天过后」(The day after tomorrow)这部片中,更演示了人类造成的温室效应,伴随着全球暖化现象使北极冰棚崩解,推动海洋大气交换的连锁改变。虽然电影情节难免夸大,甚或有违物理法则,然而这些影片在在都传递着人们对于大自然的力量应该保持戒慎恐惧的心理。虽然现今人种在地球上生存已有二十多万年的历史,甚至主导地球环境而自诩为万物之灵,但还有多久的未来,人类可以像这样的大肆使用地球资源?先不论地球是否会再次受到可能的外来灾变,使人类如同中生代霸主恐龙一样地灭绝;地球本身的气候是不是也开始走向了人类文明未曾记录的毁灭性未来?因此了解过去、现在甚至预测未来地球的气候变化就成了探究的重要课题之一。
【从危机寻求转机】
从地球两极的冰川封存气体纪录来看,大气CO2含量从18世纪工业革命以来节节高昇,同时超过了自然界中大气CO2含量本身可能的变化趋势;Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC, 政府间气候变迁特别委员会)于2001年提出的全球温度变化趋势图也显示了百年来地球温度的确大幅上扬(图一),并预测1990年到2100年地球表面温度将上升1.4~5.8℃。CO2含量遽增与地球温度上扬两者之间是否高度相关,而人类在地球上大量使用石化燃料改进生活品质时,是否也同时改变了地球环境,将自身推往不可知的恶劣未来?科学家们为了了解未来可能的地球气候,已尝试建立许多气候模拟的模式,透过改变模式中的各项参数,可以得到气候环境相对应的变化结果,如可用于模拟大气或海洋循环的General Circulation Models(GCMs),同时自1980年代开始亦展开跨学科的模式模拟计画,称为Cooperative Holocene Mapping Project(COHMAP),该计画主要利用湖水面变化及花粉沈积物的纪录建立模式,致力于釐清末次冰盛期至今的气候变迁原因、影响範围及结果。主要目的则是希望透过地质记录和模式模拟以重建过去并进而预测未来的地球环境。
【珍贵的线索】
为了获得可信而準确的模拟结果,科学家力求详尽地收集各种可能影响气候环境的因子或参数。除了近代仪器实际观测资料之外,古气候及古环境留在地层中的纪录也弥足珍贵,包括不同时间尺度及解析度的各种记录,如湖泊沈积物的沈积环境变化过程,或分析其中不同植物的孢粉数量以推知气候型态;观察树木年轮则可得知年际温度、湿度、太阳照度变化或小冰期纪录;从两极冰原取得的冰芯也可以用来观察过去降雪的变化情形,进一步分析冰芯中封存的气体,更可以得知过去数千年甚至数万年以来大气中各种气体比例变化。除了上述的地质材料,在古环境研究的範畴中,碳酸钙沈积物的应用尤其广泛,材料含括陆地性及海洋性物质,前者如钟乳石、后者则包括海洋中的碳酸钙胶结物或生物碳酸钙质壳体,如钟乳石、海洋性碳酸钙胶结物、珊瑚骨骼、有孔虫壳体、二枚贝类壳体、腕足壳体等。