论地球科学的新时代

       气候变化和城市化是这个时代的特征。有2种态度，一种是恐惧和对抗，另一种是减缓和适应。显然，顺势而为，采取科学的态度和科学的方法，减缓和适应气候变化，适应和加入城市化进程，已经成为不二的选择。关注人类活动对全球变化的影响，特别呈巨大加速度指数增长的影响，地球科学进入重构和再建设的新时代。

       1 测年技术与地球变化新认知

       在相当长的时间内，科学家普遍认为：地球变化，尤其自然变化，只在长时间尺度的地质年代时段发生，在短时间尺度上并不存在变化，即：著名的米兰科维奇理论①。即使在达尔文的进化论出现以后，人类认为自然演化在万年时间尺度上也是微乎其微。甚至到20世纪初，气候学家还认为：全球气候是不变的。对一个地区而言，假如采用30a气象记录的平均值，可以表述该地区的气候状况。

       1.1 人对自然的传统认知

       人类对自然的传统认知，很长时间以来，都是认为人对自然影响微乎其微，人只是自然的一个部分。

       1.1.1 人对自然影响甚微 从人类活动对自然的影响来说，标志性的历史事件是使用工具，距今约3000000a，称为旧石器时代。然而，那个时代，因为人口稀少，使用简单的工具对自然界的影响不大。40000a前，智人开始运用超凡的大脑去适应所处的生存环境，并逐渐试图改变所处环境[1]。火的发现和利用，尤其采用火耕火种的农业耕作方式，使得人类活动开始对自然产生影响。11700a前开始的全新世冰河时期末期，甚至在更新世末，人类活动对地球的影响才渐渐放大出来，猛犸象、披毛犀等大型哺乳动物的大规模灭绝被认为可能与人类的捕杀或人类活动对地球植被的破坏有关联，但不足为据。从总体看，5000a前的人类，对自然界的影响几乎是微乎其微的。

       1.1.2 人是自然一个部分 早期人们认识自然，人与自然关系的认识是被严格排除在科学之外的，直到1687年牛顿经典力学②的创立才得以改变。尽管如此，牛顿对于“谁推动了世界运动”，仍然是用上帝解释宇宙的最初起源。洪堡将科学与想象力结合在一起，以“生命之网③”的整体视角审视自然，开创了地球科学的时代。尽管如此，1835年洪堡写作《宇宙》时，所认知的人对自然的影响也是浅显的，他始终都将人作为自然要素的一部分进行描述。直到1851年，法国物理学家傅科成功完成摆动实验证明地球存在自转，内外地质营力④才成为科学地质学建构的重要标志。即使如此，这2种地质营力的源头都来自太阳，一个是引力，一个是热辐射，人类活动并未包含其中。

       1.2 打开地球变化之门的钥匙

       是否真的存在时间久远的海洋文明?如此久远的海洋文明又给地球留下了什么?与此相关的研究还处在探索和猜想之中[1]。但是，关于陆地地球变化有了重大的进展，主要得益于地层测年技术的突破。

       1.2.1 地层年代测定方法 1937年，中国学者 Ting从事《苏格兰海岸线研究》博士学位论文期间，最早通过泥炭花粉进行了地层古地理古环境研究[2]，研究成果收录在博士论文附录I“布特埃特里克湾泥炭的花粉分析”。1951年，丹麦科学家Dansgaard在哥本哈根召开了著名的第一次“同位素研讨会”，讨论年代测定方法的跨学科方法和建立特殊年代测定实验室问题[3]⑤。1954年，美国学者Davis[4]前往哥本哈根进行格陵兰西部的间冰期花粉光谱研究，发现不同年代冰存在不同植被花粉，以此可以推断历史时期气候变化状况。Ting、Dansgaard和Davis的研究，让人类在认识长时间尺度的陆地地球变化方面，有了科学的地层年代测定方法。

       1.2.2 “冰存记忆”的发现 1960s末到1970s初，全球气候异常造成世界粮食危机及其局部地区的严重社会后果⑤，气候变化开始成为科学家关注的前沿课题。同期，1966年美国陆军寒冷地区研究和工程实验室(Cold Regions Research and Engineering Laboratory，CRREL)的技术人员在格陵兰岛秘密核基地“世纪营(Camp Century)”掘出1390m的冰芯，发现“冰存在记忆”。Dansgaard[5]通过对该冰芯不同深度的1600个样品进行O同位素比率值技术分析，建立了世界上第一个长时间尺度的冰芯气候记录，科学揭示出末次冰期以来气候变化的全过程。1969年，地质学家克里斯特从“世纪营”取回的岩芯读取了100000a来降雪按季节层排列的线条[5]，发现格陵兰岛1000000a前才开始结冰。

       1.2.3 测年技术与地球演化 由于测年技术的突破，如泥炭孢粉⑥、放射性同位素、古地磁、稳定同位素和深海钻探、冰芯获取等技术⑧，地球科学家开始研究短时间尺度气候变化的地球演化影响。首先，科学家将冰和花粉、冰芯钻探和孢粉学结合起来，对阿尔卑斯山冰川进行类似和系统的研究，通过微量铅层之间的缝隙读出因为黑死病铅冶炼中止的时段，与人类社会黑死病流行的时间一致，证实测年方法准确有效。后来，科学家利用南极冰芯，读出1492年后100a中大气碳减少，与中欧洲天花病被带入美洲大陆、大量印第安人口死亡，不能或不再大面积烧荒垦殖，甚至原有农田短暂地恢复为森林的历史相一致。此后，科学家通过测年技术，从冰层读出煤炭燃烧形成黑碳和粉煤灰，发现与工业革命蒸汽机使用时间相一致；放射性核素精准记录了1914年哈伯-博施化肥工艺中发明合成氮的年代；甚至将1950s的核武器试验事件、1980s末空调器从第一代制冷剂氯氟烃⑨到第三代制冷剂氢氟烃的人为转换时段，以及1990s以来全球人为碳排放的大量上升在遭遇2020年新冠疫情让全球碳排放量显著下降(约7％)的记录都能读取出来。进一步来自深海沉积、巴巴多斯珊瑚礁阶地和东欧黄土以及古土壤序列的研究结果发现，地球是在不断变化的。这样，人类，主要是科学家，通过测年技术高精度测量地球演化及其过程已经不再存在悬念，甚至还可以更加精准地预测未来地球可能发生的大事件，尤其是气候变化及其相应的影响。