拆解古代气候

数百万年来，地球的气候一直在变化。那么我们现在应该担心吗?为了回答这个问题，我们需要了解是什么导致了大气中二氧化碳浓度的自然变化，以及这反过来又如何影响气候。要做到这一点，我们需要一种方法来回顾过去，弄清楚气候和二氧化碳水平在做什么，这就是剑桥大学的朱莉娅·戈特沙尔克所研究的，正如她向克里斯·史密斯解释的那样……

朱莉娅:我们有各种各样的气候档案，我们可以详细研究它们，它们记录了过去的气候。例如，这些美丽的冰芯来自格陵兰岛和南极洲。这些冰芯基本上由过去落下的雪和随着时间的推移而积累的雪组成。例如，雪的同位素组成可以告诉我们过去的气温。

克里斯:所以，这里写着一种化学指纹，它告诉你在历史上的某个特定时间，这就是导致雪的水存在时地球的温度。

朱莉娅:没错。

克里斯-雪里还有什么?还有什么东西困在里面我们可以测量的吗?

朱莉娅:是的。所以幸运的是，雪封闭了过去的空气。

克里斯:像小泡泡吗?

朱莉娅:是的，我们可以测量空气的化学成分。所以，我们确切地知道过去的二氧化碳浓度。

克里斯:我们怎么知道气泡被困在冰里后它没有改变呢?

朱莉娅:它实际上是通过冰的扩散来改变的。这是唯一的方法，因为冰被包裹起来，它们是气泡，对吧?但我们知道扩散非常低，非常小。

克里斯-所以，它应该是值得信赖的。

朱莉娅:是的，它非常值得信赖。

克里斯-用冰芯你能追溯到多远?

朱莉娅:我们最长的冰芯可以追溯到100万年前。

克里斯:不太久。我们是否可以用其他的标记或测量方法再往前追溯?

朱莉娅:是的。所以，我们有海底的沉积物岩心，这些由过去海洋中积累的颗粒组成，例如，它们也保存或捕获了生活在过去海洋中的生物，我一直在研究所谓的有孔虫，这是一种由碳酸钙组成的微小生物。

克里斯-它们有一个小壳。

朱莉娅:是的。它们有非常漂亮的化石，它们有非常精致的外壳。

Chris -再说一遍，你可以通过壳的化学性质来计算大气中的二氧化碳水平发生了什么变化。这就像一个代理度量。

朱莉娅:不是因为二氧化碳，但你必须想象一下，有孔虫生活在海洋表面。它们基本上记录了它们生活的环境水的特性。例如，温度，可能还有盐度，海水的pH值。所以，我们能做的就是测量不同的代理来重建这些属性。

克里斯-现在，愤世嫉俗的我说，好吧，你看这些冰芯，你看这些被困在冰芯里的气泡，你看这些有孔虫，看它们外壳的化学成分你会说，“我认为这就是它们活着的时候气候的变化。”你如何验证这一点呢?你怎么说，“对。我可以独立地证实这一点。”

朱莉娅:这是我们作为科学家必须做的一项非常重要的任务。我们通常采用的一种方法是观察全球不同的地点但也使用不同的方法，不同的代理。如果非常不同的代理显示相同的趋势，那么我们实际上可以非常自信地说，趋势实际上是强劲的。

克里斯:我想一个是在印证另一个。

朱莉娅:没错。

克里斯:当你在漫长的地质时间尺度上观察这些独立的测量结果时，它们表明在这么长的时间里气候和海洋化学发生了什么变化?

朱莉娅:比如说，我们回到一亿年前，比如恐龙生活的时代，所以我们知道侏罗纪和白垩纪的大气中二氧化碳含量要高得多，全球温度也要高得多。但我们也知道，从那时起，气候就遵循着全球变冷的趋势。

克里斯-但这是什么原因呢?为什么二氧化碳浓度会一直很高然后又下降，温度也会随之下降?

茱莉亚-构造活动要高得多。所以海底扩张更加活跃，所以当时从地幔释放出来的二氧化碳逃逸到大气中，并且……

克里斯:所以，产生了更多的二氧化碳。另一个能把二氧化碳从大气中吸收出来的是山脉，不是吗?如果你对山脉进行风化，就会发生化学反应。那么，这也是二氧化碳减少的原因吗?

朱莉娅:没错。例如，喜马拉雅高原的形成-印度与亚洲碰撞，当时许多岩石的隆起，当时许多岩石的形成干扰了大气。就像你说的，硅酸盐的风化作用从大气中吸收了大量的二氧化碳，这有助于随着时间的推移降低全球气温。

克里斯:如果你看看你的标记和代用物显示的大气和海洋在化学和热方面的变化。你会问，今天的气候和你的预测结果相比如何?

朱莉娅:让我们考虑一下过去的一百万年。我们知道气候已经非常频繁地从寒冷气候状态转变为温暖气候状态。因此，海平面随时间而变化，二氧化碳浓度也随时间而变化。考虑到这种节奏将在未来发生，我们预计很快，我们将再次回到寒冷的气候状态。但随着人为二氧化碳排放的变化，现在的情况可能会大不相同。

Chris -你是说根据过去的测量和过去的周期行为，世界应该变得更冷吗?事实上，它不是。实际上，地球正在变暖，大气中的二氧化碳应该下降，但它却上升了。

朱莉娅:没错。所以，真正令人担忧的是气候变化的速度。因此，我们从未见过气候系统变化如此之快，我们今天所观察到的，这是非常令人担忧的。我们知道间冰期气候状态实际上已经持续了一段时间。在这段时间之后，我们预计气候系统将回到冰川时期。但我不太确定这是否会发生，因为我们可能造成了大气化学成分的变化。