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是什么原因?qū)е隆氨┑厍颉钡男纬桑?

2014-11-21 12:57 來源: 中國氣象報(bào)社

        古氣候是現(xiàn)代和未來氣候環(huán)境變化的重要參照系,古氣候研究與全球變化研究聯(lián)系密切,是當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一。

       人們關(guān)注日常的風(fēng)云變幻,也對(duì)遙遠(yuǎn)年代地球氣候變遷遺留的痕跡產(chǎn)生興趣。在諸多關(guān)于古氣候的研究中,北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系教授胡永云的探究頗具前瞻性,“一般很多人談到古氣候研究,是在近幾千年乃至幾萬年范圍內(nèi)的研究,但這不是我們的研究范疇。我關(guān)心的是一些原始生命產(chǎn)生和演化時(shí)期的遠(yuǎn)古地球氣候環(huán)境。”

       在大約6億年到7億年前的新元古代,地球曾經(jīng)歷了數(shù)次嚴(yán)重的冰川時(shí)期,至少有兩次是全球性的冰川,地球完全被冰雪所覆蓋而成為了一個(gè)“冰雪地球”。什么誘發(fā)了這種全球性的冰川期?又是什么導(dǎo)致了它的融化?新元古代時(shí)期的極端氣候變化對(duì)當(dāng)時(shí)生命的演化以及其后的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)有何影響?

       “人類出現(xiàn)在約300萬年前;2.25億年至6500萬年前則是恐龍稱霸全球的時(shí)代;約5億4千萬年前的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)之后才有動(dòng)物出現(xiàn);此前的近30多億年間,地球上的原始生命是以簡單的真核細(xì)胞的形式存在的?!焙涝茖r(shí)間坐標(biāo)拉回到數(shù)億年前,“5億4千年之后氧氣含量急劇增高,有利于復(fù)雜生命出現(xiàn)和發(fā)展。生命在氣候環(huán)境里生存,第一個(gè)條件是適當(dāng)?shù)臏囟?,第二個(gè)條件是大氣成分比如氧氣含量。而在7億年前,氧氣含量大約只占空氣的1%到2%,當(dāng)時(shí)不適合很復(fù)雜的生命生存。”

        人們關(guān)心氣候環(huán)境變化及其變化原因,一個(gè)重要目的就是要了解未來會(huì)發(fā)生什么。

       “理解地球45億年來的氣候環(huán)境是如何演化的對(duì)理解地球上生命演化有重要的意義。比如哪個(gè)時(shí)段的氣候環(huán)境更適合生命存在、氣候環(huán)境的變化對(duì)生命演化的作用、氣候變化又是如何限制生命發(fā)展的,這些問題都涉及到如何理解地球氣候的演化,需要重建地球遠(yuǎn)古氣候?!焙涝婆e例說,“比如地球大氣早期并沒有氧,需要氧氣的生命不可能存在,那時(shí)只有厭氧生命,后來產(chǎn)生了氧氣,但濃度不高,因此不可能產(chǎn)生比較復(fù)雜的生命。只有氧氣濃度高到現(xiàn)在的程度,才會(huì)有比較高級(jí)的生命體。大氣中氧氣含量有兩次迅速升高,一次發(fā)生在23億年前,另一次發(fā)生在大約6億至7億年前,這兩個(gè)時(shí)段,地球都經(jīng)歷了極端寒冷的‘冰雪地球’事件。這些是我們研究的目的和意義所在?!?/div>

       地球上儀器觀測(cè)的氣候記錄,最長不過二三百年。時(shí)期愈早,古氣候記錄愈少,很多時(shí)候我們甚至無法對(duì)當(dāng)時(shí)的氣候環(huán)境進(jìn)行想象。胡永云通過利用氣候模式對(duì)各種可能的外部強(qiáng)迫進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn),來搞清楚“冰雪地球”形成和融化的機(jī)制等,他似乎更樂于挑戰(zhàn)這些高難度的問題。

        “‘冰雪地球’的形成意味著大氣的溫室效應(yīng)應(yīng)該很低,也就是溫室氣體含量很少,而冰雪地球的融化則需要很高的溫室氣體濃度,那么溫室氣體要低到什么程度和高到什么程度?”胡永云告訴記者,根據(jù)他們最新的研究結(jié)果是大氣中的二氧化碳濃度需要降低到20ppm(1ppm表示每100萬個(gè)干燥空氣分子中有1個(gè)溫室氣體分子)才能導(dǎo)致“冰雪地球”形成,而融化“冰雪地球”需要大氣中的二氧化碳升高到0.4個(gè)大氣壓。

       “當(dāng)‘冰雪地球’融化之后,高濃度二氧化碳不會(huì)馬上通過風(fēng)化反應(yīng)沉降到地面,還會(huì)在大氣里停留上百萬年的時(shí)間,加上水汽的濃度也很高,溫室效應(yīng)很強(qiáng),溫度可能極高,我們的模擬結(jié)果表明,在0.4個(gè)大氣壓的二氧化碳的作用下,陸地表面溫度可高達(dá)80℃到90℃,海洋表面溫度也將高達(dá)70℃。我們知道,如果把水煮到70℃,很多有機(jī)體都會(huì)死亡,特別炎熱的氣候?qū)ι彩菢O端的考驗(yàn)。當(dāng)時(shí)的生命如何度過這種極端寒冷和極端炎熱的氣候環(huán)境,也是我們思考的問題?!睂?duì)這些問題的研究還涉及到當(dāng)時(shí)的大陸分布和太陽的輻射強(qiáng)度等,如當(dāng)時(shí)的陸地主要在熱帶,而不是像現(xiàn)在主要分布在北半球中高緯度;當(dāng)時(shí)的太陽輻射比現(xiàn)在的弱,大約是現(xiàn)在的94%。

        “科學(xué)的本質(zhì)是要理解或解釋自然現(xiàn)象,并不是做了就馬上可以應(yīng)用到日常生活中去,科學(xué)與技術(shù)是有一定距離的。但是慢慢地,這些研究會(huì)體現(xiàn)出它們的價(jià)值。如果科學(xué)研究太強(qiáng)調(diào)其應(yīng)用性或需求性的東西,很可能就會(huì)在其基礎(chǔ)性和前沿性上有所失。”胡永云說,“科學(xué)研究的最高境界是認(rèn)識(shí)自然、發(fā)現(xiàn)規(guī)律,需強(qiáng)調(diào)原創(chuàng)能力,只有這樣,才有可能走到科學(xué)的前列?!?完)

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