从千年海水升降 看全球暖化

←梅雷纳博士在印尼锡默卢岛(Simeulue)上,研究该岛周围的小环礁珊瑚。照片摄于2012年10月27日。(Imam Suprihanto摄)
这是世上两大冰原之一,位于格陵兰东北部。这些冰盖若融化,会使海平面上升好几米,造成全球暖化。

科学家发现,从小环礁珊瑚的生长可了解不同年份的海平面变化,而海平面升降与南极洲及格陵兰的冰盖消长有关。

这一切结果都会影响气候变化,对许多居住在沿海地区的人们更会带来致命的后果。

德国著名现代主义建筑大师路德维希·密斯·凡德罗(Ludwig Mies van der Rohe)有句名言:“上帝就在细节里”。

从人类的角度,地球很大,历史很长,而我们总想了解过去,探测未来。我们考古,用瓦片、化石、骨头拼凑出祖先看见的地球。这是看得见摸得着的过去。但是看不见的气候呢?先辈们的四季与我们有何不同,什么时候经历干旱或水灾?最简单的方法是找到当时的文字记载。那么,在尚未发明文字的年代,是否就无从考据当时的气候环境?

“上帝就在细节里”,陆地气候的关键,藏在大树里头。树木的年轮,除了显示树龄,也对应当年的气候变化。天气或冷或热,长期干旱或发生自然灾害都会影响年轮的厚薄。透过树木年轮,科学家可推算出几千甚至几万年前的气候。

陆地的历史尚可透过以上种种细节看出端倪,但海洋的潮起潮落呢?如何判断,藏在什么细节里?

小环礁珊瑚作用大

如果说树木是陆地气候历史的无声记录者,那么小环礁珊瑚(Microatoll coral)便是海洋里的树轮,千百年来以自己的生命,默默记下海洋变化。

南洋理工大学的新加坡地球观测与研究所(Earth Observatory of Singapore,简称EOS)以及亚洲环境学院(Asian School of the Environment)的科学家,与美国、荷兰和印度尼西亚的机构合作,透过研究印尼勿里洞岛(Belitung Island)海域两处的珊瑚组织,窥探本区域的海洋历史。

勿里洞岛位于苏门答腊和婆罗洲之间,新加坡以南约600公里处。珊瑚是热带与副热带海洋里常见的生物。小环礁珊瑚是一组环形珊瑚群落,一般长在海平面较低的潮间带。

小环礁珊像树的年轮一样,每年向侧向上长一圈。但是,珊瑚不能长时间曝露在空气中,因此,当海水面下降时,长时间曝露在空气中的珊瑚就会死亡,两侧还在海水里的珊瑚继续生长,形成高低不平的杯状环礁。反之亦然。如果海平面上升,珊瑚可以生长的空间就跟着增加。

换句话说,小环礁珊凸起的部分代表过去某一段时间,海平面曾经上升,珊瑚才有向上生长的空间。凹下去的部分则代表海平面曾经下降,导致那部分的珊瑚死亡,从此不再生长。因此,小环礁珊的形状其实显示出不同年份的海平面变化。

测出6000年前的海水升降

科学家们在勿里洞岛的两端,利用小环礁珊的这个特性,按其形状,分析出距今6850年至6500年前,海平面曾有过两次很大的起伏,最低到最高处的差距多达60公分。

带领这项研究工作的EOS的高级研究员梅雷纳博士(Aron Meltzner)说:“根据我们对海洋循环及融冰历史的传统理解,不应该发生这样的海平面升降。我们在第一处发现这个现象时,感到困惑。”

当科学家们在80公里以外的第二处发现类似的珊瑚成长形状时,就可以断定这是区域性的海水起伏。此海平面起伏是自然现象,不像今时今日,人为因素导致气候变化,影响海水面。

乍看之下,这项长期研究似乎与现代人无关,毕竟那是6000多年以前的事。那个时候,楔形文字还未出现,地球人口只有700万至1400万人,与现在的情况相比,差太远了。

但是,掌握过去才能了解现在,预测未来。科学家们认为,6000年前发生的自然现象,未来有可能再度发生。这项研究发现,对生活在本区域海平面周围的1亿人是一记警钟。

东南亚是地球上人口最稠密的地区之一,部分人口住在低洼沿海的地方。如果未来200年内再发生导致海平面上升的自然变异,这些沿海地区的居民会遭遇的海平面上升程度,将比单单因气候变化造成的海平面上升来得高。上千万人以及周围的自然生态系统将受到影响。

换言之,如果海平面过去能够在毫无人为因素的情况下降上涨,代表未来也有可能发生。我们目前已面对人为造成的气候变化与海平面上升问题,如果又发生自然变异导致海平面上升,对住在沿海与低洼地区的人来说,可谓双重打击,后果不堪设想。

问梅雷纳博士

有哪些自然因素导致6000年前的海平面急速变化?

答:还不能完全确定,但我们怀疑这与季风强度的世纪性变化,以及厄尔尼诺-南方震荡现象(El Nino-Southern Oscillation,简称ENSO)的强度有关,或两者中的其中一个。可惜,科学家们掌握到的古气候资料还不足以让我们做出明确的判断。不过,EOS的研究员正在探讨这个问题。

那期间海平面升降的范围有多广?整个东南亚都一样吗?

答:我们在中国南部沿海地区发现类似的海平面升降,因此我们认为,那段时间的海水升降影响了巽他陆架(Sunda Shelf)和南中国海域,范围相等于雅加达至香港,包括新加坡、越南等区域国家。

这么看来,沿海城市是否应该采取额外的防范措施?

答:那当然。我们已经知道海平面会因气候变化而上升,这是无可避免的,所以这些城市本来就该采取预防措施。这项研究显示,至少在东南亚一带,海平面上升的速度有可能比我们之前所预测的还要快。

冰盖与海平面的关系

新加坡地球观测与研究所助理教授石艾得(Adam Switzer)受询时说,海平面升降与地球气候与冰盖的消长循环相关。换言之,如果全球气温低,冰盖更大,海平面就会降低。如果冰盖消融,海平面就会上升。

冰盖(ice sheet)也称为大陆冰川(continental glacier),指的是连续覆盖至少5万平方公里面积的冰川。目前世上仅有的冰原在南极洲与格陵兰(Greenland)。

据估计,南极冰盖融化会使海平面上升60至75米,格陵兰冰盖的消融则会使海平面再提高几米,所以总计约65至80米。除了这两大块大陆冰川,其他陆冰的消融对海平面的影响不大。

海洋温度的变化也会影响海平面,当全球气温上升使得海水温度上升,海水体积膨胀,海平面也会随之上升。

目前处于间冰期

在讨论几万年来的海平面变化之前,我们先厘清一些地质年代的专业用语。地质年代是用来描述地球历史事件的时间单位,通常在地质学和考古学中使用。年表中最大的时间单位是宙或元(eon),宙下是代(era),代下分纪(period),纪下分世(epoch),世下分期(age),期下分时(chron)。

我们目前处于第四纪(Quaternary Period),它从258万年前开始至今。第四纪又分为更新世(Pleistocene)和全新世(Holocene),两个阶段。更新世距今258万8000年至1万1700年,全新世为1万1700年前直到现在。

整个第四纪被称作一次冰河时期,因为至少有一个永久的大型冰盖,即南极大陆,持续地存在。这期间,发生多次冰期与间冰期交替循环。冰期(glacial period),顾名思义,是大陆冰盖大幅度延伸的时期。间冰期则是两次冰期之间,全球温度较高,大陆冰盖大幅度消融退缩的时期。

如上所述,冰盖形成表示海水量减少,因此冰期的地球,海平面低。反观,间冰期的海平面则会提高。目前,地球处于间冰期,约从1万1000年前开始。

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