冰芯记录的古气候变化

著名的南极冰芯Vostok（深达2083米）记录了16万年来的多种气候要素的变化。图中的横坐标单位为距今“万年”数，纵坐标表示相对于现代的温度差值。

可见，13万年前（即130ka）的末次间冰期温度高于现代不到3℃，其后波动降温，约7万年前的剧烈降温标志着末次冰期的开始，至2万年前的末次冰期极盛期，气温比现在低近10℃ ，再往后到约9000年前的全新世早期，温度急剧回升又比现代高出1℃以上。这就完成了所谓的末次冰期的旋回。显然，现代气候更近于间冰期。

这些冰芯为我们提供了地球大气圈历史的记录，其时代可以回溯至10～20万年前的祖先尼安德特人时代。在实验室内，这些被切成条状的冰芯在密封的器皿内进行融化，气泡内释放出来的气体被一些灵敏的仪器所检测。

通过这样的工作，我们可以知道，古埃及和中国古黄帝时候的人所呼吸的空气的成分与现代人呼吸的空气的成分大致相似，只是现代人呼吸的空气中增加了过去一二百年间所带来的污染物。这些污染物主要有：过量的二氧化硫、二氧化碳及甲烷。

南、北极冰芯所揭示的这样一个事实：即平均来说，末次盛冰川期大气与我们生活的全新世的大部分时期相比，二氧化碳含量要低30%～40%，甲烷含量低50%。在极盛冰川期及此前的间冰川期（大约12～15万年以前）也发现了温室气体与温度之间类似的直接关系。这发现暗示：在二氧化碳、甲烷和气候之间可能存在一种正反馈（不稳定）机制（而不是负反馈机制）。这就是，当地球变冷时，上述温室气体减少，而这又造成被大气圈闭的热量减少，从而加剧地球的变冷。当地球变热时，二氧化碳和甲烷含量增加，从而加快了变热的过程。

盖亚假说指出，为了保护气候的稳定性，生物必须发挥作用以控制环境条件。但是，如果说生物在上述温度-二氧化碳-甲烷关系中起一定作用的话（这是可能的），那么，它对气候条件变化进程所起的作用。

来自南极的资料表明，二氧化碳和温度在过去16万年间具很强的相关性。在这个地质时间里，自前工业化时代以来的二氧化碳和温度变化有一个显著的尖峰，这与由南极附近冰芯资料推出的缓慢的自然变化形成了对照。作用将是加速，而不是延缓。这里，科学的故事仍旧是不完美的。不管怎样，大多数科学家同意这样一种观点，即生物在晚近的冰川期和间冰川期、气候变化和温室气体之间的正反馈关系中，曾经是一种主要因素。

对我们上面的讨论至关重要的，并不是我们还没有令人信服地找到能够解释生物在二氧化碳-气候正反馈关系中的作用的特殊机制，而在于这种反馈呈现出正反馈特征这一事实。这与我们从大气自高二氧化碳、低氧气的太古代，演化至约5亿年前的生物大进化时代（经历10至20亿年的过渡时期）研究中所得的结论不同。如前所述，在这一长期的过渡时期中，生物或许是二氧化碳消耗过程中的一种重要营力，这种消耗有助于气候的稳定，从而构成负反馈。 

针对大约3亿年之前(二叠—仨叠纪之交)的已被广为承认的寒冷时期，科学家指出：“在以丰富的煤为特征的石炭纪一二叠纪时期，沉积有机物的大量埋藏造成大气中二氧化碳含量的降低，这一作用使得发生在古生代中期的二氧化碳含量的显著下降，并在此时得到进一步的加剧。二氧化碳含量的下降所造成的温室效应的降低可能对二叠纪一石炭纪的冰川作用产生重要影响，这次冰川作用是地球显生宙（过去5.7亿年间）整个历史中规模最大、历时最久的一次冰川作用。这些结果又进一步支持了这样的观点，即认为在地史时期，大气的温室效应是影响全球气候变化的一个重要因素。”

冰芯记录表明在过去的大约l万年间（人类文明时代），气候、二氧化碳及甲烷的含量保持相对的稳定。在过去的两个世纪（工业革命时代）以前，温室气体的化学成分也几乎不变。最近的5千年，全球温度平均升高5℃和海平面上升100米，此后地球的生态系统和生物聚居地，即以我们今日所知的面貌出现。大自然花了大约5千～1万年的时间，才将地表景观转变为目前的模样。由于这一转变正好对应着5℃左右的全球变暖，我们因此可以估算全球自然的、持续的稳定变化速率约为1℃/千年。

这些变化足以使物种的聚居地和聚居的物种环境发生急剧变化。它们或许还导致了诸如猛犸象和剑齿虎这类动物的灭绝。