Tingalein

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【讀書筆記】C.H. Beck - Kulturgeschichte des Klimas 1

氣候檔案

對於氣候檔案的研究因為放射現象的發現而有了很大進展。許多元素的原子核很不穩定,在其衰變時會發出輻射。用質譜分析器可以測出母元素與子元素的含量。由於每種元素的半衰期是特定的,藉此便可以進行定年。如果了解各種礦物的化學特性以及岩石的熔點,加上根據半衰期的定年結果,便可以推測出岩石冷卻成岩的時間。
借助氧的同位素可以推測出海水過去的溫度。氧原子一般含有8個中子,即O-16;它的同位素,O-18,則含有10個中子。根據溫度的不同,這些氧原子會累積在海洋生物體內。重氧的含量會隨著溫度的降低而上升。此方法對冰期研究有重大意義。
沉積物不僅可以提供古氣候的信息,還含有火山沉積物,動植物遺骸等。河階和土壤的發育也與氣候相關。冰川遺留物也是寶貴的氣候檔案。深海鑽探技術和極地冰芯同樣可以提供關於古氣候的信息。對於極地冰芯也可以使用氧同位素法,同時,通過分析保存在冰芯氣泡中的“古空氣”可以得出以前大氣的組成成分,比如二氧化碳的含量如何隨時間變化。分析硫化物則可以推測火山活動。
另外,黏土礦物的沉積物,花粉沉積物,冰川遺留的終磧,樹木的年輪等都可以成為古氣候檔案。
人類的溫度測量從加利略開始,1870年人類才收集到足夠的數據,從而推測出全球平均氣溫。


氣候變遷的原因

作者主要列舉了四點主要原因。首先是太陽活動。當然,太陽是地球的能量來源,太陽本身的活動比如黑子肯定會影響到地球。南斯拉夫天文學家米蘭科維奇試圖用地球軌道離心率和傾角來解釋冰期現象(話說最近在土壤學課上也聽到Schad介紹這個循環)。他計算得出地球的自轉軸和軌道平面的傾角以41000年為週期在不斷搖擺。目前這個傾角大約是23.44度,意味著冬季與夏季的溫差相對較小。
第二個原因是地球自身大氣層的狀態,也就是自然與人為的溫室效應。人類活動的造成了大氣中二氧化碳含量的上升。不僅是化石燃料的燃燒,冰期時二氧化碳含量相對較低還因為森林覆蓋率高,碳原子被固定在樹木的生物量內。19世紀末地球大氣的二氧化碳含量大約是230 ppM,到了20世紀末這個數值上升為350 ppM。但是到底是二氧化碳含量上升導致地球變暖,還是地球變暖導致二氧化碳含量上升,對此科學界仍存在爭議。或許這也是一個相互作用的過程。
第三個原因是地球的板塊運動,這一點決定了海陸位置以及地形,這些對氣候,尤其是地形內氣候有重大影響。比如極地地區被冰川覆蓋,因此Albedo(對太陽輻射的反射率)很高,這也就是為什麼冰川對於地球氣候有重要的調節作用。如果冰川面積縮減,Albedo會降低,地球吸收的太陽輻射增加,氣溫增加,進而導致更多的冰川融化,這就是反饋作用。
火山也是地球氣候的一個不穩定因素。火山灰、氣溶膠和火山氣體影響著地球大氣。如果地球大氣被火山灰覆蓋,太陽輻射則不能很好地到達地球表面,可能會造成短時間內地球氣溫下降。人們推測1815年位於印度尼西亞的坦博拉爆發導致了全球氣候異常,許多地區莊稼歉收。


關於“古氣候”

地質學上對於冰河時期的定義是,極地與高山地區存在冰川。所以,雖然聽起來有些不可思議,但是從地質角度來說我們的確生活在冰河時期。冰河時期又分為冰期與間冰期,間冰期是兩次冰期之間較溫暖的年代。準確來說,我們生活在間冰期。但這其實是地球的一個特殊狀態,因為在地球上95%以上的時間都不存在永久冰川,佔據主導地位的是更加溫暖的氣候。
地質年代學將地球歷史分為不同的宙(Äon)、代(Ära)、紀(Periode)、世(Epoche)、期(Alter)。四個“宙”的劃分依據是地球存在生命與否的條件。在冥古宙(Hadaikum)即地球形成之初還不存在大氣層,也就缺少生命存在的基本條件。由於地熱活動,地球的溫度比之後任何一個時期都要高。大約在40億年前,地殼附近的溫度逐漸降到100度以下,水汽可以凝結,因而形成了山河湖海和雨水。大約38億到25億年前的太古宙時(Archaikum),地球逐漸形成較穩定的古大氣層。當時的大氣二氧化碳含量十分高,因此溫室效應很強,溫暖的環境讓最初生命體的出現成為可能,即古菌。科學家從32億年前的岩石標本中找到當時就已經存在水循環的證據。26億年前藍菌(藍藻)便已經通過光合作用生產氧氣,以二氧化碳為基礎的大氣層慢慢瓦解,厭氧生命體逐漸死亡,這事地球上第一次大規模滅絕事件。
在接下來的元古宙(Proterozoikum)中,最初帶有細胞核的植物逐漸形成。大約14億年前出現了單細胞生物和多細胞軟體生物。當時地球上的主要陸塊是連在一起的,稱為羅迪尼亞大陸。慢慢地羅迪尼亞大陸崩解,各陸塊聚集在赤道地區。大片沒有植被覆蓋的岩石使太陽輻射反射率提高,極地地區出現冰川並且慢慢擴張到全球。由於溫度降低,大約在6億5千萬年前出現了第二次大規模生物滅絕事件。
關於大規模生物滅絕,比較有名的是顯生宙(Phanerozoikum)的五次,即the Big Five。這一點以後有機會再補充吧。關於之前提到的羅迪尼亞大陸,在它瓦解後慢慢形成了兩個超大陸,岡瓦納大陸和勞亞大陸,以及各個地塊。在顯生宙的石炭紀時期,這些大陸和地塊由於板塊運動的作用合併在一起,稱為盤古大陸(Pangäa)(這個翻譯真的是信達雅哎!)。

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