科协年会｜郑永飞院士：气候走向极端，答案藏在地球内部

  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）