何时揭开冰期循环的原因

何时揭开冰期循环的原因

现在科学界正在大声疾呼，声言地球日益被二氧化碳所污染，其后果是所谓“温室效应”，即地球有如闷在一个玻璃花房中，温度将逐渐增高，据说到21世纪初，全球平均温度可能上升2摄氏度。这意味着南北极的冰山会融化一部分，海平面将升高，一批沿海城市都将陷于汗洋之中。可是从地球的长期气候周期来看，这只不过是芝麻小事，原来地球一直处在冰期一冰间期（较暖和）一冰期的循环中，约在2万年前，地球和绝大部分陆地都被厚厚的冰层所覆盖，某些地方，冰层厚达几千米。由于大量的水囤于冰中，那时的海平面要比现在的低100多米。

一个多世纪来，许多科学家企图解释冰期的成因，但未获圆满的解答。直至最近，研究者根据冰期循环这一现象，分析了南极和格陵兰冰帽中的气泡，揭示出冰期的大气成分与现今的大不相同，特别是饱含温室气体和尘粒，所有这些，在冷却地球中起着重要作用。

一个最有成果的研究，是苏联和法国联合开发的伏斯克钻孔。这是一项极为艰辛的工作，他们花了14年的工夫，在冰天雪地的南极洲，挖掘一个据说是世界最深的人工洞穴，并从深处取得一个长达2公里的冰芯。为何要在深处取冰，原来那里的冰层含有10多万年前的大气样品。他们在1988年把它运到法国地球物理和冰河学实验室进行研究。

伏斯托克冰芯的取得，被誉为20年来这一研究领域中最大的成就。它隐藏着有关南极和世界其他区域16万年来的气候消息。这一时间跨度十分重要，因为它覆盖了一个大于完整冰期的时间。我们现在处在一个冰期结束以后的冰间期，而这个冰芯经历：了最近一个长达10万年的冰期，还有其他4个来自南极和格陵兰的大冰芯，但它们年龄都比不上前者。

在上述这些冰芯中，含有许多气泡，而这些气泡，保存了冰期的大气：样品，使得科学家第一次看到了大气在冰期循环中所起的巨大作用。在研究了冰芯和深海芯后，科学家找到了一个冰期循环的模式：地球慢慢地滑入了约延续10万年的冰期，此时冰川横行，到处皆水，而后在一个短暂的冰间期中，气候转暖，我们今天正享受着这个短暂的暖期，现今的冰间期约始于1.1万年前，它将再继续上万年的时间，然后再度进入寒冷世界，这样看来，冰暖相互交替，但严寒占上风，构成了5：1的时间比例。

那么究竟是什么原因触发了这种冷暖循环呢？大部分科学家认为，这起因于地球轨道形状的变化。人们在做了深入研究后，感到轨道效应虽是一个“最初一击”的力量，但由此引起的日照面变化，其对地球温度的影响甚微，仅0.4摄氏度，更为奇妙的是，为何冰期的时期是10万年左右？而对应的地球轨道变化中则10万年又是变化最小的一种周期。

现在科学家面临两个难题：按轨道效应，温度变化并不大，那么是通过什么放大机制，而使地球变得严寒到冰川铺地？又是什么原因，使得地球对10万年周期如此敏感？

科学家的研究从地面开始，进而转向天上，现在再一次回到地面，重新研究冰层，它是过去长期覆盖大陆面积的冰期的标志。他们设想：’当地球轨道发生变化，我们这颗行星上的敏感区域，首先受到日照面变化的影响。具体地说，在夏季，若加拿大北部日照减弱，那么其冬季留下的积雪将终年不化，如此般地年复一年，这个区域本来冬积夏溶的冰层，现在就一年一年地扩大，最终可向南伸展直至美国纽约。这一大规模的冰川，显然成了寒冷的放大器。原先日照面变小仅限于加拿大北部，相应地变冷的地方也仅限于那一区域，可是随着冰川日益扩大，它在更大面积上反射日光，这就大大降低气温，因而十分显著地加剧了轨道效应。

大面积的厚冰层也可解释10万年周期。因为冰层变厚，它下面的大地被压得慢慢下沉，甚至在今天，我们还可以见到一个反证，如斯堪的那维亚半岛和其他一度埋于厚冰之下的区域，它们今天因释去了冰层的重负，而在缓慢地升起。由于地壳对冰的压力反应很慢，在时间上，它是一个几万年数量级的过程，一些专家提出，地质学上的惰性时间，可能将气候变化时间调节到10万年的周期上。

尽管用冰层和其他物理机制来解释冰期的过程相当成功，但最近从伏斯托克冰芯的研究揭示出，化学物质和生命物质的变化，也是这种大气候循环的重要媒剂。

科学家们发现：在大气成分变化中，二氧化碳并不是唯一的参与者，其他物质，如甲烷和硫酸盐粒子也参与，它们的密度水平与温度密切相关。在冰期中，甲烷降低而硫酸盐粒子处于峰值，从冰芯中可看到，这些尘粒在南极洲有较多积累。在众多而复杂的因素中，理清这些物质跟温度的关系后，其原因几乎不解而自明，因为它们皆属温室气体的成分，有助于加热大气，而硫酸盐粒子则相反，它具有促进云层生成的作用，进而助长云层对日光的反射，而使大气冷却。

大气中这些化学成分的变化，代表了冰期世界有关状态的信息。理论家和电脑专家合作，利用这些数据，他们在电脑上做模拟试验，十分逼真地重现了这种大气候系统的周期变化。令人感兴趣的是：大气与温度的变化，似乎默契合作，配合得十分巧妙。例如：冰间期开始时，气温即上升，温室气体的密度也增加。它们之间的关系是如此“亲密”，以致科学家碰上了一个“鸡和蛋”的问题，很难搞清谁先谁后。这一过程好像是这样的：随着日照面的变化，引起了大气成分的变化，继而全球温度发生变化，反过来看，仅最初的温度变化对大气有影响，继而大气作为一种温度放大器，发挥其作用。

科学家们相信，化学物质的变化，具有很大的意义。其中二氧化碳的变化似乎更关键，这使得人们立即想到海洋，因为大气中二氧化碳的含量仅及海洋的1/50。他们的研究也的确看到，海洋中二氧化碳的含量。与冰期中二氧化碳（密度）的起伏跟得很紧。既然海洋参与这一大气候系统，那么海洋中的生物也不甘落后。许多电脑模拟，说明了海洋生物的光合作用如何影响了气候。且在冰期开始时，海平面和海洋流都有变化，浮游生物可能大量繁殖。它们的光合作用，使得大气中的二氧化碳含量减少，从而促进了全球趋向寒冷，不倪如此，它们还有可能产生硫化物，这_些分子一旦进入大气，即形成硫酸粒子，促进云层的扩大而反射更多的日光。

科学界还不能说已彻底搞清冰期循环之谜，但基本上已搞清其捌廓，传统的地球轨道效应仅是因素之一，现在可看到，它的成因要复杂得多，既有天文的，也有地质和物理的，最后生物学因素也来凑热闹。