蝌学最前沿 | 以史鉴未来：气候变暖后的思考

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地球，这颗拥有46亿年历史的蓝色星球，其气候从未停止过变迁。

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在漫长的岁月中，构造运动、大洋环流和生命演化如同无形的巨手，不断拨动着气候的琴弦。

那些厚重的沉积地层和极地冰盖，就像是卷帙浩繁的“气候档案”，科学家们通过古生物学、地球化学等手段逐页解读，为我们揭示出地球气候的演变规律。

今天，当我们面对全球变暖的严峻挑战时，不妨翻开这本厚重的“日记”，看看地球在过去都经历了什么。

从“温室”到“冰室”：

地球气候的钟摆

在显生宙5亿多年的漫长岁月里，地球长期处于“温室期”。例如，白垩纪的全球平均气温比工业化前高出6-14℃。相比之下，大的冰期仅有6次，持续时间总和在显生宙中占比不到20%。

自约258万年前至今，地球进入了最新的“冰室期”。特别是近80万年来，气候以约10万年的周期，在寒冷的“冰期”与温暖的“间冰期”之间反复切换。南极冰芯记录揭示，过去80万年间，大气二氧化碳浓度在170-300 ppm之间波动，而冰期与间冰期的全球平均温度差值可达4-7℃。

我们当前所处的全新世，是离我们最近的一个间冰期，始于1.17万年前，在温暖稳定的气候环境中人类文明孕育并快速发展。

碳浓度狂飙：

被按下“快进键”的升温危机

自1958年有连续实测记录以来，大气二氧化碳浓度已飙升至420 ppm以上，远超过去80万年的自然波动上限。政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告明确指出，在高排放情景下，2081-2100年全球平均气温将比工业化前升高3.3-5.7°C；

即使在极低排放情景下，升温也可能达到1.0-1.8°C。这种变暖在全球并不均匀，北极地区的升温速度是全球平均的2-3倍，这种“北极放大效应”正加速冰盖融化。

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IPCC预测，到2100年，在高排放情景下全球平均海平面将上升0.63-1.01米，即使实现《巴黎协定》的控温目标，上升幅度也可能达到0.28-0.55米。

南极冰盖的不稳定性可能导致海平面上升突破预测上限，对全球沿海城市构成长期威胁。与此同时，北极海冰面积持续缩减，预计在2050年前将出现夏季无冰现象；高山冰川和多年冻土的融化也将加剧地质灾害风险和水资源短缺。

跨越千万年：

寻找未来的“气候密码”

面对诸多气候问题，更精确地预测未来气候变化，并制定更加合理的应对方案是人类当前面临的重要问题。以史为鉴，地球科学家对古气候变化进行更加高分辨力的解读，尤其在极端气候变化中地球系统各组分的响应与反馈，是预测未来气候变化的关键。

约300万年前的上新世，大气二氧化碳浓度与现代相当，当时全球气温比工业化前高2-3°C，海平面则比现在高约20米。更剧烈的变化发生在5600万年前的“古新世-始新世极热事件”，当时快速的碳释放导致全球升温5-8℃，引发海洋严重酸化和大量生物灭绝，地球系统约10万年才恢复平衡。

除了缓慢的长期变化，气候系统还可能在短时间内发生剧烈波动。在末次冰期，全球气候曾出现多次快速震荡。

其中，著名的“新仙女木事件”在结束时，格陵兰地区的温度在短短几十年内便急剧上升了约7-10℃。研究者认为，这些气候突变与大西洋经向翻转环流的强弱变化密切相关。当前，北极冰盖融水的大量注入，正有可能削弱这一关键的大洋环流，从而给北大西洋乃至全球气候带来意想不到的快速变冷风险。

气候与文明：

盛世背后的“温度密码”

当前地球处于全新世-“间冰期”，格陵兰冰芯的氧同位素显示全新世全球气候相对温暖、稳定（图1 d）。人类文明在此期间快速发展，以华夏文明为例，中国处于东亚季风区，气候和天气受到与东亚季风相关的降水影响显著。

董哥洞石笋氧同位素显示全新世以来（图1 e），中国地区在8000-6000年前温度、降水均处于高值；6000-4000年温度降低、降水减少；4000年以来气候逐渐趋于干旱。中国地区的考古成果与古气候研究相对应（图1 b）。

全新世气候最适宜期，华夏古人完成了对水稻的驯化；6000年前陕西半坡遗址出土的竹鼠骨骼，说明当时气候温暖湿润；3000多年前河南安阳殷墟发现象坑和象牙制品，印证了中原地区曾适宜大象生存，河南简称“豫”便是人牵象之意，古籍中也有商人服象的传说。

这些考古证据与温度曲线相互印证：气候稳定温暖时，农业繁荣，文明昌盛。竺可桢先生根据历史文献总结的中国近3000年温度变化曲线显示，发现温暖期往往对应着华夏盛世（图1 c）。

图1、全新世以来全球气候变化与华夏人类文明演化

a总太阳辐照强度（Zharkova et al., 2015）;

b（Ge，2017）；c 竺可桢曲线（Chu，1972）；

d 格陵兰冰芯氧同位素（Grootes et al., 1993）；

e 董哥洞石笋氧同位素（Wang et al., 2005）

太阳活动作为全新世气候变化的因素之一（图1 a）。过去八百年间，15-16世纪太阳能量较高，对应欧洲中世纪暖期；17-18世纪太阳能量处于低值，全球经历小冰期。

预测认为，未来百年，太阳能量将迎来另一个低值期，强度可能小于17-18世纪的小冰期。然而，当前人为温室气体排放产生的增温效应已远超太阳活动减弱可能带来的自然降温。

当前中国地区温度已接近甚至高于唐宋温暖期（图1 b、c），这是太阳能量与当前大气二氧化碳浓度叠加的结果。

纵观地球历史，气候稳定是文明繁荣的重要基础。面对当前的气候变化，来自地质档案和历史文献的证据提醒我们，地球气候系统可以在短时间内发生剧烈变化。理解这些规律，有助于我们更清醒地认识当前所处的环境，并思考应对之策。

参考文献

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Chu, K.-C. (1973). A Preliminary Study on the Climatic Fluctuations during the Last 5000 Years in China. Scientia Sinica, 16(2), 226-256.

Ge et al., 2017. Characteristics of Temperature Change in China over the Last 2000 years and Spatial Patterns of Dryness/Wetness during Cold and Warm Periods. Advances in Atmospheric Sciences, 34, 941–951.

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Jouzel, J., Masson-Delmotte, V., Cattani, O., et al. (2007). Orbital and Millennial Antarctic Climate Variability over the Past 800,000 Years. Science, 317(5839), 793-796.

Wang, Y., Cheng, H., Edwards, R. L., et al. (2005). The Holocene Asian Monsoon: Links to Solar Changes and North Atlantic Climate. Science, 308(5723), 854-857.

Zeebe, R. E., Ridgwell, A., & Zachos, J. C. (2016). Anthropogenic carbon release rate unprecedented during the past 66 million years. Nature Geoscience, 9(4), 325-329.

Zharkova et al., 2015. Heartbeat of the Sun from Principal Component Analysis and prediction of solar activity on a millenium timescale. Scientific Reports, 5:15689, DOi: 10.1038/srep15689.

作者：黄宝琦 北京大学地球与空间科学学院 副教授

审核：刘颖 李培元 张超 杨柳