在过去的⼀个世纪⾥,地球的平均温度已经迅速上升了约1℃。这项证据相当确凿,已得到了世界各地的温度计和其他各种传感器的证实。但是,在⼯业⾰命之前的⼏千年⾥,在温度计发明之前,甚⾄在⼈类通过释放来⾃化⽯燃料的⼆氧化碳之前,情况⼜如何呢?那时的地球是在变暖,还是在变冷?尽管科学家已经对最近6000年进⾏了相当深⼊的研究,但对全球温度的⻓期趋势评估却得出了截然不同的结论。
为了尝试解决这⼀差异,⼀组研究团队对现有的证据进⾏了全⾯的、全球范围的评估,包括各种⾃然档案,⽐如年轮和海底沉积物,还有各类⽓候模型。他们由此提出了改进⽓候预测的⽅法,避免错过⼀些缓慢且⾃然发⽣的重要⽓候反馈。研究已发表在《⾃然》上。
对于研究古⽓候的科学家来说,⼀项必要的⼯作便是搜集那些远早于温度计和卫星出现之前的远古时期的温度数据。
总的来说,科学家⼀般有两种选择:他们可以找到储存在⾃然档案中的关于古⽓候的信息,或者,他们也可以借助⽓候模型模拟过去发⽣的事情。在⾃然界中,存在⼏种典型的能记录⽓候随时间变化的⾃然档案。树⽊、⽯笋和珊瑚中每年形成的⽣⻓轮,可以⽤来重建过去的温度。类似的数据也能在冰川中找到,还有在海底或湖底⻓期积累的沉积物中出现的⼩⻉壳。这些都可以作为温度计测量的替代品,或者叫“代理”。
一些最有名的⾃然档案,许多都包含了过去温度的线索。举个例⼦,年轮宽度的变化可以记录下温度的波动。如果⽣⻓季节的温度过低,那⼀年形成的年轮就会⽐温度较⾼的年份的年轮更薄。另⼀种常⻅的温度代理存在于海底沉积物中,是被称为有孔⾍的微⼩海洋⽣物的遗骸。当有孔⾍活着时,它们的外壳的化学成分会根据海洋温度⽽变化;它们死后,壳会下沉,随着时间的推移被其他碎⽚掩埋,在海底形成沉积层。
然后,古⽓候学家可以提取沉积芯,对这些层中的壳进⾏化学分析,确定它们的成分和年龄,这有时可以追溯到⼏千年前。
⽓候模型则是探索过去环境的另⼀种⼯具,也是地球⽓候系统的数学表现。模型对⼤⽓、⽣物圈和⽔圈之间的关系进⾏模拟,创建我们对现实的最佳复制。⽓候模型被⽤来研究当前的条件、预测未来的趋势,并重建过去。例如,科学家可以输⼊过去温室⽓体的浓度,这份信息可能储存在古⽼冰层的⼩⽓泡中。
然后,模型可以使⽤这些信息模拟历史的温度。现代⽓候数据和来⾃⾃然档案的细节则被⽤来检验模型的准确性。代理数据和⽓候模型各有其优势。⽐如,代理是有形的、可测量的,它们通常对温度有⼀种典型的反应。然⽽,它们并不是均匀地分布在世界各地,也不均匀地出现在每个历史时期。这让它们很难重建出连续的全球性温度。相⽐之下,⽓候模型在空间和时间上则是连续的。
然⽽,尽管它们通常被设计得⾮常巧妙,却永远⽆法捕捉到⽓候系统的所有细节。
然⽽,这两类证据对现代全球变暖之前的6000年间的温度趋势,提供了不⼀样的答案,这常被称为全新世全球温度难题。⼤多数来⾃⾃然档案的证据显示,⼤约6000年前,地球的平均温度与19世纪的中位数相⽐,⾼出约0.7℃,然后逐渐冷却,直到⼯业⾰命。与此同时,⽓候模型则表明,对应于以农业为基础的⼈类社会在北半球冰盖后退之后得到了发展的⼏千年⾥,⼆氧化碳的逐渐增加,让⽓候普遍显示出了轻微的变暖趋势。
在这篇新的综述中,研究⼈员强调了⼀些改善⽓候预测的⽅法。他们评估了⽓候理论、代理数据和模型模拟,尤其是全球温度的指标。他们仔细考虑了影响⽓候的⾃然发⽣过程,包括地球绕太阳公转的⻓期变化、温室⽓体浓度、⽕⼭喷发和太阳热能的强度。他们还研究了重要的⽓候反馈,⽐如植被和海冰的变化,这些都可以影响全球温度。
例如,有强有⼒的证据表明,与19世纪相⽐,在⼤约6000年前的⼀段时期⾥,北极海冰更少,植被覆盖则更多。这会让地球的表⾯变暗,导致它吸收更多热量。团队发现,如果模型能更充分地代表某些⽓候反馈,它们就能更强⼤。⼀项⽓候模型实验包括了6000年前⼀些地区增加的植被覆盖,它能够模拟代理记录中看到的全球温度峰值。
他们认为,约6000年前的全球平均温度或许更温暖,随后进⼊了⼀段数千年的冷却,直到19世纪才结束。但他们同时提到,不确定性仍然存在。