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极端高温屡破纪录,暴雨洪涝频刷极值。“天气越来越反常”,正成为许多人的共同感受。不过,把时间尺度拉长到地球46亿年的叙事里,这样的“反常”或许寻常得多。在地质历史上,比今天热得多,也冷得多的时刻,比比皆是。
在第二十八届中国科协年会“青藏高原多圈层耦合与全球气候变化”专题论坛上,记者采访了中国科学院院士、中国科学技术大学教授郑永飞。这场由中国矿物岩石地球化学学会承办的论坛,聚焦多圈层相互作用如何影响全球气候,郑永飞是首位作报告专家。
过去谈气候变化,大家习惯“抬头看天”。但在郑永飞看来,外因只能解释常态波动,“只有地球内部的作用才能产生极端值。”
“雪球地球”假说:20世纪90年代,以Kirshvink为代表的美国科学家提出了新元古代存在至少2次全球性被冰雪覆盖寒冷的“雪球地球”假说。
地球“体温”的极端时刻
这些年极端天气频发,人们总觉得气候“乱了套”。但在地球漫长的岁月里,这样的冷热起伏并不稀奇。
郑永飞提到著名的“雪球地球”事件。大约6亿年前,在前后约半亿年的时间里,整个地球几乎被冰雪完全覆盖,只有赤道附近还残留着少量河流和绿洲。“那时候没有人类,极端的寒冷把整个地球冻住了。”他说。而地球“热”起来同样惊人,地质历史上热到四十多度的时期,不是一次两次。
为什么地球的“体温”会如此大起大落?
外因只能解释常态,极端要靠“地心”
郑永飞梳理了气候变化的外因,如太阳对地球辐射的强弱、地球绕太阳运转时距离和角度的变化、月球对地球的潮汐吸引等。“我们地表看到的刮大风、下大雨,很多台风,都跟这几个因素有关。”他说,但这些外部因素,只能解释平均值的正常波动,解释不了“雪球地球”这样的极端事件。
郑永飞说,最初科学家把“雪球地球”归因于外因,后来的研究却发现,它与地球内部的火山喷发、地幔运动密切相关。“所有这些古代气候出现的极端寒冷和极端的高温,都和地球内部的关系很大。”
地球内部的活动究竟有多剧烈?郑永飞介绍了一个地质学上的经典规律。大陆板块的运行像一个循环往复的过程,大陆裂解、海底扩张、大洋俯冲、大陆碰撞,然后再次裂解。“这个过程在地质历史上已经持续了成千上万回,火山喷发是其中的常见现象。所有这些古代气候的极端寒冷和极端高温,都与地球内部的活动关系很大。”
给地球装一支“体温计”
郑永飞在野外地质考察
要回答“气候为何走向极端”,先得读懂地球深部的活动。而读懂深部,离不开测量工具。
20世纪80年代柯石英、90年代金刚石的相继发现,证明大陆地壳曾俯冲到80公里乃至120公里以下的深度,又重新折返回地表。这一结论由郑永飞团队通过氧同位素研究得出。他们在岩石中发现了极端的同位素信号,且被完整保存下来。“我们发现的负异常值是-10,地幔值是+5,相差这么大。这就要求整个过程必须快进快出、居留时间非常短暂。”
回忆这个发现,郑永飞讲起一段趣事。一次学术报告后,一位同行听完用了一个妙喻,“你这不跟油炸冰淇凌一样吗?冰淇凌裹上面粉下油锅,外面滚烫,里面冰凉,瞬息出锅。”这个精妙的比喻后来被他写进专业论文,获得国内外同行认可。
二十多年前,郑永飞在国际上准确计算出矿物氧同位素分馏系数,相当于为探测地球深部的温度计“定了标”。“人测体温,是根据水银的热胀冷缩。地球越往深处温度越高,当年在地下的岩石形成时温度压力有多高,就需要温度计、压力计。”他说。
为什么是青藏高原?
青藏高原被普遍认为是研究大陆动力学最理想的天然“实验室”。郑永飞说,人们常说世界有南极、北极,还有“第三极”——第三极就是青藏高原。“珠穆朗玛峰是世界最高峰,它不仅是地形高峰,对气候的影响也非常直接。”
青藏高原是世界上面积最大的高原隆起,也是两个大陆最新碰撞的典型范例。但郑永飞强调,这座高原的“成长史”远比人们以为的漫长。从地质上看,青藏高原在显生宙时期就分阶段形成,并非新生代一次隆起;印度与亚洲大陆的碰撞挤压是短暂的,高原的大幅度隆起主要属于“碰撞后”的构造过程。
进一步看,青藏高原的隆升不只是“撞”出来的。郑永飞提出,对流地幔的动力过程同样关键,岩石圈减薄、软流圈上涌、热膨胀从底部把高原抬起,这正是多圈层耦合的生动写照。
“过去我们讲气候变化,强调更多的是地球表层的影响。”郑永飞说,“但还有地球内部的,把内部对外部的影响搞清楚,才能真正回答,气候为什么会走向极端。”(光明网记者乐通 宋雅娟 陈雪松)
