地球的冰期循環是怎麽一回事?

世界上有成就的科學家對科學實驗極其重視。諾貝爾獎不少獲得者的重要成果均與科學實驗密不可分；有的則因科學實驗成果而直接獲得諾貝爾獎。說到地球冰期循環的研究成就，也是得益於科學實驗。蘇聯和法國的科學家為了了解地球的冰期，找到大地冷熱的原因，聯合研究開發伏斯托克鑽孔深度鑽探。這是一項極為艱辛而又枯躁的科學實驗工作。他們在南極洲的冰天雪地裏，花了14年工夫，挖掘了一個世界最深的人工洞穴，從其最深處取得了，個“原純冰芯”，這個冰芯長達2千米。

為何要在這樣深的地方采取冰芯呢?原來那裏的冰層裏含有10多萬年前的“大氣樣品”，所以說它是“原純冰芯”，這是此項科學實驗和科學論證所需要的。1988年，這個2千米長的“原純冰芯”被運送到法國地球物理和冰河學實驗室進行研究。同時，還有另外4個來自南極和格陵蘭的大冰芯也被運送到該所，作為這項科學實驗的“冰芯家族”，這後四個冰芯“冰齡”比不上前者。伏斯托克冰芯的取得，被譽為20年來這一研究領域中最大的成就，它蘊含著有關南極和世界其他區域16萬年來的氣候信息。這一時間跨度很長，覆蓋了一個大於地球完整冰期的時間，這對要作有關地球冰期和大地冷熱的科學實驗和論證來說太重要了。我們的地球現在正處於一個冰期結束後的冰間期，而這個2千米長的“原純冰芯”經曆了最近一個長達10萬年的冰期。

在上述這些冰芯中，含有許許多多的氣泡。這些氣泡保存了當時冰期的大氣樣品，使得科學家第一次看到了大氣在冰期循環中所起的巨大作用。在很長一段時間裏，科學界大聲疾呼，地球日益被二氧化碳所汙染，後果就是造成“溫室效應”，就是說地球有如悶在玻璃房中，溫度將逐漸升高。有人測算，到本世紀下半期，全球平均溫度可升2℃，這就表明，屆時南北極的冰山會融化掉一部分，海平麵就會升高，其後果之一便是，一批沿海城市將淹沒在海水中。但是，從地球的長期氣候周期來看，這還是小巫與大巫之比。地球一直處在冰期一冰間期(較暖和)一冰期的循環中。約在兩萬年前，地球的絕大部分陸地都被厚厚的冰層覆蓋，一些地方的冰層厚達幾千米。由於大量的水囤積於冰中，那時的海平麵要比現在低100多米。許多科學家想把地球冰期的來龍去脈解釋清楚，但一個多世紀來都沒有獲得圓滿的答案。直到最近，科學家根據冰期循環這一大自然現象，分析了南極和格陵蘭冰芯中的氣泡，揭示出冰期的大氣成分與現今的大氣成分大不相同，特別是飽含溫室氣體和塵粉，所有這些，在冷卻地球氣溫中起著重要作用。這就促進了伏斯托克鑽孔科學實驗工程的進行。經過研究，科學家掌握了地球一個冰期的循環模式：地球慢慢地進入約延續10萬年的冰期，那時冰川橫行，到處皆水，以後在不長的冰間期中，氣候較暖，我們現時的地球正處於和享受著短暫的暖期，現今的冰間期約開始於1．1萬年前，暖期將再繼續上萬年，然後再度進入嚴寒的世界。科學家說，冷暖相互交替，冷暖時間之比是5：1。

形成地球氣候冷暖循環的原因和機製又是怎樣的呢?科學家對此還在處於研究探索當中。大部分科學家原來認為，是由於地球軌道形狀的變化所致c但是，在作深入考察研究後，感到軌道效應雖是“最初一擊”的力量，但由此引起的日照變化，其對地球溫度的影響甚微，僅為0．4℃。而值得注意的是，冰期的周期為何是10萬年左右?在對應的地球軌道變化中，10萬年卻是變化最小的一種周期。科學家麵前擺著兩個問題：一是，按軌道效應，溫度變化並不大，是什麽放大機製使得地球變得嚴寒而冰川鋪地?二是，是什麽原因使得地球對10萬年周期如此敏感?

經過研究可知，在夏季，若加拿大北部日照減弱，冬季留下的積雪將終年不化，如此年複一年，這個區域本來冬積夏溶的冰層，就會一年一年地擴大加厚，最終可向南伸展到美國的紐約。這一大規模的冰川，顯然成了寒冷的放大器。原先日照麵變小僅限於加拿大北部，相應地變冷的地方也僅限於那一區域，可是隨著冰川日益擴大，它在更大麵積上反射日光，就能大大降低氣溫，因而就會十分顯著地加劇。軌道效應。這就是寒冷放大的機製了。

大麵積的厚冰層也能解釋10萬年周期的問題。因為，冰層厚，其下麵的大地就被壓得慢慢下沉。就是在今天，從反證也可以看到，斯堪的那維亞半島和其他一度埋於厚厚冰層之下的區域，現今因為減釋了冰層的重負，而在慢慢地升起。由於地殼對冰的壓力反應很慢，在時間上，它是一個幾萬年數量級的過程；一些專家指出，地質學上的惰性時間，可能將氣候變化的時間調節為10萬年的周期。

科學家知道，用冰層和其他物理機製解釋地球冰期的過程相當成功c最近從伏斯托克冰芯的研究中揭示，化學物質和生命物質的變化，也是這種大氣候循環的重要媒介。科學家發現，在大氣成分變化中，二氧化碳並不是惟一的參與者，還有其他物質如甲烷和硫酸鹽粒子，它們的密度水平與溫度密切相關。在冰期中，甲烷降低而硫酸鹽粒子處於峰值。從冰芯中可看到，這些塵粒在南極洲有較多積累。硫酸鹽粒子有促進雲層生成的作用，進而加大雲層對日光的反射，從而使大氣冷卻。大氣中這些化學成分的變化，代表了冰期世界有關狀態的信息。利用這些數據，在電腦中作模擬實驗，重現了大氣候係統的周期變化。大氣與湖度的變化很默契，冰間期開始時，氣溫即上升，溫室氣體的密度也增加，形成了“雞和蛋”的關係，其過程似乎是：隨著日照的變化，引起大氣成分的變化，繼而全球溫度發生變化。反過來看，僅最初的溫度變化對大氣有影響，繼而大氣作為一種溫度放大器，發揮其作用。

經過研究可知，化學物質的變化有很大意義，其中二氧化碳的變化更關鍵。大氣中含二氧化碳量僅為海洋體積的1／50。從研究中看到，海洋中二氧化碳的含量，與冰期中二氧化碳密度的起伏跟得很緊。電腦模擬還說明，海洋生物的光合作用也影響著氣候，在冰期開始時，海平麵和洋流都有變化，浮遊生物可能大量繁殖，它們的光合作用使大氣候中的二氧化碳含量減少，促使全球趨向寒冷；它們還可能產生硫化物，其分子進入大氣，即形成硫酸粒子，促進雲層的擴大而反射更多的日光。

所以，科學家認為，還不能說已徹底搞清冰期循環之謎，隻能說基本上認識其輪廓，地球軌道效應僅是因素之一，它的成因很複雜，既有天文的，也有地質的、物理的、化學的，生物學因素也是一個原因。這就必須進一步通過科學實驗去研究論證。

(付世穎)