上期我們說到,，塞爾維亞的工程師米洛柯維奇橫空出世,，他發(fā)現(xiàn)，克羅爾的理論并不是不正確,，問題在于,，克羅爾的計算模型過于簡單了。地球在太空中運動時,，發(fā)生變化的不僅僅是軌道的長度和形狀,，它朝向太陽的角度也會發(fā)生周期性的變化，尤其取決于三種天文效應的長期影響,，也就是天文學上所說的歲差,、章動和極移。所有這些因素同時產(chǎn)生作用,，使得地球上任何一點所受到陽光照射的時間和強度產(chǎn)生周期性的變化,。米洛柯維奇覺得，這些復雜的周期性變化可能與冰川期的出現(xiàn)和消失有某種關聯(lián),。但麻煩的是,，這些周期性變化的時間跨度差得很大大，這就意味著,，若要確定它們在漫長時間段中的交叉點,，必須要經(jīng)過幾乎是無窮無盡的細致計算。對米洛柯維奇來說,，最重要的是他必須計算出,，100 萬年以來，在上面三種天文效應的影響下,，陽光在每一個季節(jié)照射到地球上不同緯度的角度和持續(xù)時間,。

圖：米洛柯維奇

令人高興的是，米洛柯維奇的性格很適合干這項繁雜龐大的工程,。再接下去的20 年之中,，他僅僅用了一支鉛筆和一把計算尺，就開始無休無止地計算著他的周期表,，即使是在節(jié)假日也沒停過?，F(xiàn)在用一臺計算機可以在一兩天之內(nèi)就完成同樣的工作。原本他只能在業(yè)余時間搞計算,，誰知 1914 年一戰(zhàn)爆發(fā),，米洛柯維奇突然就有了大量的時間，原因竟然是他作為一名塞爾維亞軍隊的預備役軍人而被捕了,。在此后的 4 年中,，他大部分時間被軟禁在布達佩斯，但管理很松,，只需要每周到警局報到一次,。他基本上就泡在匈牙利科學院圖書館里埋頭計算,，他很可能是史上最快樂的戰(zhàn)俘。

米洛柯維奇的埋頭苦算終于在 1930  年變成了一本書,，名字是《數(shù)學與氣候變化的天文學原理》,。米洛柯維奇的計算是正確的，冰川期確實與行星攝動有關系,。但是,，他與大多數(shù)人一樣，也認為導致漫長冰川期的原因是逐漸加劇的寒冬,。但事實上并沒有這么簡單,，冰川期的成因很微妙、很出人意料,。這是由俄裔德國氣象學家柯本（Wladimir Koppen）首次提出來的,。他是板塊學說的創(chuàng)始人魏格納的岳父大人。

你可能會以為冰川紀的誘因是冬天特別寒冷,，結冰結的太多了,。但是，柯本卻發(fā)現(xiàn),，冰川期的誘因是涼快的夏季,，而不是寒冷的冬季。如果在某個地區(qū),，夏天的氣溫不足以融化掉所有的冰雪,，那么冰雪反光的表面就會把陽光更多地反射回去,，使得天氣變得更冷,，從而又會引起更多的降雪。結果就會趨向于永久冰凍,。隨著積雪累積成冰蓋,，整個地區(qū)就會變得更加寒冷，又促使更多的冰雪累積起來,。冰川學家舒爾茨（Schultz）也指出：“冰蓋的形成并不取決于降雪的多少,，而是取決于有多少未融化的雪，哪怕只有一點點,?！爆F(xiàn)在一般認為，冰川期開始于某個反常的夏季,，殘留的積雪會反射陽光,，從而加劇了寒冷，這是一個惡性循環(huán),。一旦開始,，就停不下來了,。冰川形成后，就會開始移動,，使得冰川覆蓋地區(qū)的面積逐步擴大,。于是，冰川時代來臨了,。最厲害的一次冰川紀,，整個地球都快被完全凍住了。

在上世紀五十年代,，由于年代測定技術還不完善,，科學家們沒能將米洛柯維奇精心計算出來的周期表與當時已知的冰川期數(shù)據(jù)相印證。所以米洛柯維奇和他的計算結果也就越來越不吃香,。直到他 1958 年去世,，也未能證明他的周期表是正確的。直到上世紀七十年代,，隨著年代測定技術的完善,，才最終證明了米洛柯維奇的正確性。

不過,，僅僅靠米洛柯維奇的周期表并不足以解釋冰川期的實際周期,。還有許多別的因素也必須考慮，包括但不限于陸地的分布情況,，尤其是極地陸塊的存在,。我們對這一切的了解還是極為有限的。不過,，有一種說法是如果我們把北美大陸,、歐亞大陸、格陵蘭島往北移動 500 公里,，那么,，整個地球都將不可避免地進入永久性的冰河時代。顯然,，我們是幸運的,，能享受著這么好的天氣。在每個冰川期之間,，有一段相對溫暖的時期,，這被稱為“間冰期”，但我們對此也缺乏認識,。有件事也許令人感到不安,，人類的全部文明史：農(nóng)業(yè)的發(fā)展、城鎮(zhèn)的建立、數(shù)學文學科學的興起,，所有的這一切,，都是發(fā)生在一段不尋常的好天氣之中。之前的間冰期持續(xù)的時間一般都只有 8000 年左右,，而我們現(xiàn)在所處的這次間冰期已經(jīng)持續(xù)了一萬年了,。

在整個地球的歷史上，冰河時代其實很罕見,，而我們現(xiàn)在恰好就處在這樣一個冰河時代中,，不知道這算是一種巧合呢還是生物演化的必然。現(xiàn)在的冰川規(guī)模雖然不是很大,，但依然比人們想象中的要大很多,。在上一次冰川期最鼎盛的時候，也就是大約 2 萬年以前,，陸地面積的 30%左右覆蓋著冰雪?，F(xiàn)在這一數(shù)字大約是 10%，另外還有 14%的永久凍土帶,。今天,，地球上有四分之三的淡水是冰，兩極有冰蓋,。如果不是看到資料,，我也不會相信，在過去的 5 億年中,，只出現(xiàn)過 4 次短暫的涼爽期或者寒冷期,，絕大多數(shù)時期，地球都要比現(xiàn)在熱得多,。我們現(xiàn)在可以比較有把握地說,，在過去的 7000 萬年中，我們現(xiàn)在所處的時期是最寒冷的時期,，甚至,，也極有可能是過去 5 億年中最寒冷的時期,，當然,，這里指的時期都是以十萬年為單位的地質期。甚至有一些我們司空見慣的自然現(xiàn)象,，其實,，在地球的歷史上是不常有的。比如,，全球許多地方冬季會下雪,，在新西蘭這樣的溫帶地區(qū)，竟也會有永久冰蓋,。

直到相當近的一段時期之前,，地球要比現(xiàn)在熱得多,，沒有一點兒永久冰蓋。我們目前所處的冰川期大約始于 4000 萬年前,，如果你去看這段時期的全球平均溫度的變化圖,，很像是一根典型的股票熊市圖，總體是在不斷地下跌,，現(xiàn)在下跌到了最低點,，但是在下跌的過程中，會有一些小小的起伏,。地球在這 7000 萬年中經(jīng)歷了很多次往復變化,。而我們現(xiàn)在就處于最寒冷的時期中一個稍微溫和一點的時期。新的冰川期總是會抹掉上一次冰川期的痕跡,，因此,，時間越往前推移，你得到的圖景也就越不完整,。但是,，在過去的 250 萬年，地球似乎至少經(jīng)歷了 17 次嚴酷的冰川期,。這段時期,，恰好是非洲直立人及隨后的現(xiàn)代智人生活的時期。

造成此次冰川期的原因,，通常認為有兩個,，一是喜馬拉雅山脈的隆起，二是巴拿馬地峽的形成,。前者干擾了氣流,，而后者干擾了洋流。4500 萬年前,，印度是一個島,，它漂移了 2000 公里后撞上了亞洲大陸，不僅撞出了一個喜馬拉雅山脈,，還在它后面形成了廣闊的青藏高原,。一種假說認為，陸地的升高不僅僅使得氣候變得更加寒冷,，還改變了風向,，使它們往北吹，吹向了北美大陸,，使那里更容易處于長期的嚴寒之中,。接著，巴拿馬地區(qū)從海中升起，把南北美洲大陸連為一體,，打亂了太平洋和大西洋之間的暖流流向,，改變了至少半個世界的降水分布。造成的結果之一是,，非洲因此變得干旱,，猿人不得不從樹上下來，到正在形成的大草原上尋找新的生活方式,。

無論如何,，按現(xiàn)在的海洋和大陸的分布情況，我們似乎還將經(jīng)歷一個漫長的冰河時代,。麥克菲認為,，我們還將經(jīng)歷 50 多個冰川期，每一個都將持續(xù) 10 萬年左右,，之后我們才有望迎來一個真正的解凍期,。

4000 萬年前，地球上并沒有規(guī)律性的冰川期,，但它們一上來便規(guī)模巨大,。第一次大范圍的冰川期出現(xiàn)在大約22 億年之前，這次冰川期過了之后就是10億年左右的溫暖期 ,。接著又是一次比第一次規(guī)模更大的冰川期,，這次的規(guī)模特別大，有些科學家把它稱為覆冰紀或是超級冰川期,。還有一種更為通俗的稱法是“雪球地球”,。

然而，“雪球地球”不足以表明當時環(huán)境的惡劣程度,。那種理論認為,，由于地球上的陽光照射量減少了 6%，使得溫室氣體的產(chǎn)生量和存留量都大為減少,，實際上地球已經(jīng)不再有能力保存熱量,。整個地球都變成了“南極洲”，氣溫下降了 45℃,。所有的地表都被凍得結結實實,，在高緯度地區(qū)，海洋中的冰層厚達 800 米,，即使在熱帶,，也厚達幾十米。這一時期,，多毛蟲、蛤蜊和其它一些依附于深海噴口的生命形式無疑活得好好的，仿佛沒發(fā)生任何事情,。但是地球上的其他生命很可能都快死絕了,。不過這一切離現(xiàn)在實在太遙遠了，那時的很多事情我們并不清楚,。

但這種理論卻存在一個悖論,，一方面，地質學的證據(jù)表明,，包括赤道地區(qū)在內(nèi)的所有地表都結了冰,；另一方面，生物學的證據(jù)卻又明確地表明,，在地球上的某些地方必定存在未凍結的水域,。舉個例子，藍藻細菌存活了下來,，還進行了光合作用,。要做到這些，它們需要陽光,。但是我們都知道,，冰塊的透光度隨厚度下降得很快，只需幾米厚,，就完全不透光了,。對于這個問題，有兩種可能的解釋：一,、確實有一些沒結冰的海域（可能是由于那個地方有熱源的存在）,；二、可能某種方式下形成的冰塊干凈得足以讓陽光透過,，這在自然界中是有可能發(fā)生的,。

如果地球真的被徹底凍住過，有一個問題就很難解釋：地球是如何再次變暖的呢,？按理說一個冰凍的星球把熱量都反射掉了,，就應當永久封凍了，就像現(xiàn)在的木衛(wèi)二和土衛(wèi)二那樣,。挽救這種局面的力量似乎來自于地球內(nèi)部的巖漿,。我們的存在很可能又得再次感謝板塊構造，因為有種觀點認為是火山拯救了地球,?；鹕絿姲l(fā)沖破了冰凍的地表，噴涌而出的熱量和氣體融化了冰雪,，重建了大氣,。有趣的是,，標志著此次超級冰凍世紀結束的事件就是寒武紀生命大爆發(fā)，這可是生命史上的春天,。當然,，這個春天并不總是風和日麗的。隨著全球變暖,，史上最狂暴的天氣也隨之而來,，強烈的颶風掀起摩天大樓高的巨浪，到處下著難以形容的瓢潑大雨,。

相對于那次覆冰紀而言,，最近幾次的冰川期的規(guī)模就顯得小多了。當然,，這要是用今天地球上的標準衡量,，那依然是規(guī)模巨大的。曾經(jīng)覆蓋歐洲和北美洲大部分的威斯康星冰蓋,，在某些地方可以厚達 3000 米,，并以每年 120 米的速度前進，這種景象如果被現(xiàn)代人看到,，肯定會目瞪口呆的,。即使是在冰蓋的邊緣，也有差不多 800 米厚,。你可以想像一下站在如此高的一堵冰墻腳下的感覺,，看過《權力的游戲》嗎，里面就有這么一道冰墻,。但是與美劇中冰墻不同的是,，在冰川紀的冰墻后面，幾百萬平方公里的范圍內(nèi),，除了零星幾座刺向青天的冰峰,，唯有一望無際的冰蓋。在這么多堅冰的重壓下,，整塊整塊的大陸都下沉了,。即便到了今天，冰川早已退去了 12000 年,，陸塊依然還在回升中,。隨著冰蓋的緩慢移動，不僅灑下了眾多巨石和一長串的冰磧石,，還扔下了一些完整的陸塊,，像是長島、科德角,、南塔吉特島等,。阿加西斯之前的地質學家們,，往往無法理解冰川重塑地表的巨大力量，這沒什么奇怪的,。

圖：《權利的游戲》中的冰墻

如果冰蓋卷土重來,，在人類的武器庫中,，是找不到使它轉向的武器的,。1964年，北美洲最大的冰川區(qū),，阿拉斯加的威廉王子灣,，遭受了有記錄以來最強的一次地震，達到了里氏 9.2 級,。沿著斷層帶,，地表抬升了6米之多。這次地震如此強烈,，遠在田納西州的池塘中的水都濺了出來,。但是，這次前所未有的地震對威廉王子灣的冰川造成了什么樣的影響了呢,？什么也沒有,。冰川仿佛什么也沒發(fā)過，繼續(xù)前進,。

有很長一段時間,，人們一直以為冰川的產(chǎn)生和消退都是緩緩發(fā)生的，至少需要數(shù)百或數(shù)千年,。但是,，現(xiàn)在我們知道，并不是這樣的,。這要感謝格陵蘭的冰芯樣本,，使我們得到了一份跨度超過幾十萬年的地球詳細氣候記錄，但這份結果卻是令人不安的,。記錄表明,，在地球的最近一段歷史時期中,，并不是我們以為的風調(diào)雨順,，而是在溫暖期和嚴寒期之間猛烈的搖擺。

說起冰芯,，它還登上過《科學》雜志2017年的十大科學突破排行榜,，名列第九,。2017 年的時候，科學家在南極挖出了一塊冰封了 270 萬年之久的冰塊,。而之前最古老的冰塊的記錄是 80 萬年,。研究這塊古老的冰芯,，讓科學家們有了新發(fā)現(xiàn)。在過去的 270 萬年中,，二氧化碳的濃度從沒有超過 300 ppm,，遠遠低于現(xiàn)在 408.23 的數(shù)值?？茖W家表示,，南極艾倫山的這段冰芯為我們提供了關于過去地球氣候的最全面的信息。通過對比過去和現(xiàn)在的氣候變化,，就可以有根據(jù)地做出對未來氣候的預測,?？上У氖?，這塊冰芯里無法捕捉到二氧化碳濃度高于 400 ppm 時的遠古地球的信息。未來的冰塊挖掘新技術或許可以彌補這個遺憾,。冰塊的挖掘者普林斯頓大學的科學家們已經(jīng)把目光投向了未來的取樣,，希望可以找到 500 萬年左右的冰塊，倒推 500 萬年,，那時的二氧化碳濃度和今天的數(shù)值相當,。這或許是一個機會，可以看看在未來的幾十年里,，我們的氣候會如何演化,。

大約在 12000 年之前，也就是接近最后一次大冰川期的尾聲時,，地球開始迅速回暖,。但是，接著地球又突然調(diào)頭變得酷寒,，又持續(xù)了大約 1000 年,，科學界把這一時期稱為新仙女木期（這一名稱來自一種叫仙女木的北極植物，它們是冰川消退后第一批重新生長起來的植物）,。還有一個老仙女木期,，但特征不這么明顯。在這個長達千年的酷寒時期的末尾,，平均氣溫再次開始躍升,，二十年之內(nèi)就升高了 4℃之多?？瓷先ニ坪醪辉趺纯膳?，其實相當于在短短20年之內(nèi)斯堪的納維亞半島的氣候變成了地中海氣候。在局部地區(qū),，變化更富戲劇性,。格陵蘭的冰核顯示,，氣溫在10年之內(nèi)就上升了 8℃之多，這使得降雨形勢和生長環(huán)境都發(fā)生了劇烈的變化,。這種變化足以讓人煙稀少的地球動蕩不安,。要是發(fā)生在今天，后果不堪設想,。

圖：仙女木

到底是什么樣的力量導致了如此劇烈的氣候變化呢,？科學有故事，咱們下期接著聊,。

本期節(jié)目給大家找了 2004 年的好萊塢災難電影《后天》（The Day After Tomorrow）中的一個精彩片段,，這部電影講述了冰雹,、冰山融化,、極度嚴寒下人們面臨的一場不可挽救的災難。如果你跑過的地方,，后面的一切都結成了冰,，這會不會就是世界末日可能的樣子呢？

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