也许你感觉不到，地球正处于冰河时代。它开始于260万年前，直到最近，几乎没有停止的迹象。在20世纪70年代，科学家甚至担心我们即将进入另一个全面的冰期。
如今，这些担忧已经烟消云散，变成了温室气体的迷雾。除非我们快速地做些什么，否则会发生完全相反的情况。如果排放继续在大气中累积，将给人类和生命世界带来潜在的灾难性后果。
随着气候变暖，人们也在竞相了解当我们把“地球恒温器”调高时会发生什么。标准的方法是计算机建模，但是我们需要能得到的每一种可能的结果，这就是为什么一些气候学家把他们的注意力转向遥远的过去，寻找全球变暖事件来帮助预测未来。好消息是，生物圈经历了一些非常炎热的时期，并活了下来。坏消息是，下一个温室可能比地球以前经历过的任何温室都要极端。在这种情况下，真的是再见了，冰河时代。
19世纪，地质学家们被诸如温带地区的冰川沉积物和沙漠沙石等现象难住了，最早的迹象表明，地球气候在过去是完全不同的。在20世纪早期，大陆漂移理论似乎提供了一种解释——也许这些沉积物是在其他地方沉积的，并缓慢地向现在的位置移动。但由于没有准确的温度记录，没有人能完全肯定。
英国利兹大学的海洋微古生物学家特雷西·阿泽说：“可靠的温度记录只能追溯到几百年前，所以我们必须找到替代品。”代用物是受当时温度影响的东西，它们被保存了很长时间，创造了古代温度的记录。Aze说：“这些通常是在沉积岩或冰中捕捉到的化学痕迹，这使我们能够推断(过去的)环境温度。”
上世纪40年代末，化学家哈罗德·尤里发明了第一个这样的测量方法。他意识到，岩石和化石中各种氧同位素的平衡是古代温度的一个代表。一般来说，海洋沉积物中氧18同位素越重，形成时的温度就越低。从那时起，许多类似的技术被发明出来。例如，Aze分析了海洋生物有孔虫的化石外壳。贝壳中碳酸钙的氧同位素比值揭示了贝壳形成时的水温。另一种技术是叶缘分析，它可以代表陆地上的温度。简单地说，化石叶子的边缘越光滑，它生长的空气就越温暖。“我们试图使用尽可能多的不同的证据，”Aze说。
利用这些技术和其他技术，古气候学家们煞费苦心地对上亿年前的地球气候进行了重建。Aze说，你越往后退，估计就越不准确。然而，我们对过去6500万年有了相当好的把握，这段时期恰好发生在始新世“温室”热期之前。总的来说，自那时起，气温一直在稳步下降。
一开始，生命是一门回顾历史的科学，但很快就变得更加面向未来。地质学家有一句口头禅：现在是开启过去的钥匙。对于古气候学家来说，过去是未来的关键。他们认为，过去的剧烈变暖时期可能类似于温室气体排放增加导致的全球变暖。英国利兹大学的地球科学家艾伦·海伍德说：“过去的地质是未来气候的指南。”
“在最后一次间冰期，海平面上升速度达到了每世纪2.5米的峰值。”
自前工业化时代以来，我们的碳排放已经使地球升温了1°C，到本世纪末，我们还将至少再增加0.5°C——或者更有可能增加2°C或3°C。了解这将对地球、生命和人类文明产生何种影响，是我们面临的最紧迫的科学问题之一。这个问题也很难回答。气候系统极其复杂：太阳辐射、大气动力学、地理、地质学、海洋环流、冰和生物圈之间错综复杂的非线性相互作用。
标准的方法是使用计算机模型尽可能详细地模拟地球系统，然后切换各种参数——比如增加二氧化碳的排放量——来预测可能发生的情况。这些模型不依赖于古代数据，只要预测不超过未来300年，它们就会变得越来越现实。但是，它们并没有完全捕捉到气候变暖的长期影响。瑞士伯尔尼大学的古气候学家Hubertus Fischer说：“有些反馈只适用于更长的时间尺度。”“海洋倾覆的时间尺度为500至1000年。地球需要两千年才能达到新的平衡。”
这就是古气候的由来。费舍尔说：“只有古数据才有这样的时间尺度。”“它为我们提供了长期过程的良好观测证据——不仅仅是温度、降水和海冰等快速反应的东西，而是地球系统的所有组成部分如何对变暖做出反应。”
那么，过去的气候变暖事件告诉我们将会发生什么呢？
首先，一个警告。每一个过去的变暖时期都有其独特的特征，因此没有什么东西可以完美地模拟未来的变化。更重要的是，目前全球变暖的速度比地球上任何时候都要快。例如，在过去6500万年中最温暖的时期，始新世温室，似乎是由数千年来二氧化碳的脉冲排放造成的。地球的“脉搏”在几十年里不断跳动。
在寻找类似物的时候，另一个重要的考虑是大陆应该大致处于今天的位置。自然地理是气候系统的重要组成部分，影响洋流和天气模式。南极洲的位置尤其重要：它巨大的冰原、反射阳光的巨大能量以及与其他大陆的隔离都发挥着重要的影响。南极洲大约在1亿年前到达现在的位置，所以在那之前的任何地方都有严重的问题。“你可以尝试在气候模型中纠正过去大陆的不同位置，”费舍尔说。“但你往回走得越远，就越有张力。“这几乎排除了一些非常古老的变暖时期，特别是白垩纪晚期和二叠纪末期作为类似的时期。
最近的变暖时期是全新世中期的热最大值，大约始于11000年前，持续了6000年。这得益于现代自然地理和丰富的化石数据，但平均气温仅比工业化前的基线高约0.7摄氏度。鉴于我们已经超越了这一点，这并不是一个对未来特别有启发性的窗口。
再往前追溯，下一个高峰是最后一次间冰期，大约在12.9万到11.6万年前。顾名思义，间冰期是冰河时代的暂时休眠期。最近的一次间冰期足以通过自然地理测试，但全球平均气温仅比工业化前水平高出0.8摄氏度左右。这足以把它作为一个类比排除在外，尽管它确实告诉了我们一些非常重要的事情。在最后一次间冰期末期，海平面上升了9米，淹没了今天大片的旱地。所有这些水的来源一直存在争议，但去年俄勒冈州立大学的冰川学家宣布，几乎可以肯定这是覆盖在南极洲西部的一个巨大冰原的融水。自那以后，这种现象又出现了，但它让今天的气候学家们夜不能寐：它的底部低于海平面，这使它暴露在不断变暖的海水中，容易突然融化。这显然是发生在上一个间冰期的情况，地质记录表明，海平面的上升速度达到了每世纪2.5米的峰值。
下一个候选的类似物，你必须追溯到更久远的上新世中期，距今已有300万年。在上新世时期，始新世以后的逐渐降温仍然是主要的运移方向，但有30万年的时间明显逆转了这一趋势。由于未知的原因，大气中的二氧化碳含量飙升，全球气温随之升高。大陆并不完全处于它们的现代形态：北美和南美还没有被巴拿马地峡连接起来——这一事件引发了墨西哥湾流，这是一股大西洋洋流，在全球热量流动中发挥着至关重要的作用。尽管如此，古气候学家认为上新世中期是未来地球的一个很好的类比。“这是第一个真正有效的区间，”费舍尔说。“二氧化碳和今天差不多，所以这是一个直接的比较。但是，即使是在300万年前，古数据也有些稀少——“只有少量的记录”。
尽管如此，我们还是可以满怀信心地说，当时的世界是什么样的。海伍德说：“全球年平均气温比工业化前升高了2到3摄氏度，高纬度地区的升温更为明显。”“两个半球的海冰都显著减少。北极在夏天可能完全没有冰。格陵兰冰原可能已经退到一个小冰块，我们相信南极西部的冰原并不在那里。海平面比现代水平高出15到25米。”
“再过11年，我们的气候就会转变成数百万年都见不到的状态。”
听起来是不是很熟悉?这在很大程度上呼应了有关我们的世界将走向何方的警告。但问题在于细节。高纬度地区的气温升高约为8°C，这比我们在这些二氧化碳水平下的最佳气候模型预测的要高得多。费希尔说，这表明这些模型可能大大低估了从长远来看北极将变暖的程度。上新世也为我们提供了一些急需的信息：随着气候变暖的影响在更长的时间尺度上发挥作用，冰盖和海平面将会发生什么变化?简而言之，它们融化得很快，上升得很快。
对于经验丰富的气候观察家来说，这可能并不令人惊讶。海伍德说，上新世一直被吹捧为22世纪及以后的一个类似物。但是，当他和他的同事们对上新世和未来各种计算机模型之间的气候相似性进行了正式的统计比较时，他们感到震惊。他说，他们将地球划分成一个网格，重点关注温度和降水，分析显示，在目前的排放轨迹下，“我们很快就会到达上新世的情景”。多快?“在未来20到30年内。有一个小的不确定性窗口，但其中一个模型显示我们在2030年就到会达上新世。现在是2019年，当我第一次看到这些结果时，我一时说不出话来。这让我大吃一惊。”
这并不意味着冰盖即将消失，海平面将大幅上升——这些还需要几个世纪的时间才能完成——但这确实意味着，在短短11年内，我们的气候将转变为数百万年来从未见过的状态。
这并不全是厄运和悲观。海伍德说:“上新世的许多物种今天还在，所以我们可能回到上新世并不一定意味着我们会失去大量物种。”不过，他承认，目前的变化速度可能超过了大自然的适应能力。此外，上新世在本质上是一个原始的自然生态系统，但现在不是这样了。“我们失去了大面积的自然植被和栖息地，所以在上新世不会有额外的压力。这就是你进入生态系统弹性领域的地方。我知道生物学家对此深感忧虑。
然而，上新世可能不是我们的最终目的地。海伍德说，如果我们不大幅减少排放，我们很快就会把那个时代抛在身后，转而去寻找始新世。这是一段很长的路要走——始新世不早于2150年就成为与地球气候最接近的类似物。但是这个旅程不会很舒服。费希尔说:“如果我们的气温保持在2摄氏度以下，我们很可能就能避免无法控制的阈值。”从过去发生的情况来看，这可能包括灾难性的海平面上升、更多温室气体的自然释放以及墨西哥湾暖流的突然崩溃。他说:“这将极大地震动我们的气候系统，以至于我们无法预见其后果。”
如果你觉得这听起来很糟糕，那么古气候学家们还有一个妙招。海伍德说:“越来越多的人认识到，我们的气候轨迹正把我们带到一些人们不太了解的地方。”“我们很快就进入了一个温度和降水都与我们的地质资料不符的领域。这些炎热而饱和的“地质新气候”并不覆盖整个地球，但到了23世纪，它们已遍布东亚、东南亚、澳大利亚北部和美洲沿海地区。
换句话说，人类对气候的影响有可能使地球超越我们过去所知的任何极限。海伍德说:“我们把这看作是一个警钟。政府间气候变化专门委员会(IPCC)也是如此，该委员会最近发布了一份关于将气温上升控制在1.5摄氏度以下的可能性的报告，研究了古气候学。它被眼前的景象吓了一跳。“古气候学是一个重要的证据来源，”位于苏黎世的瑞士联邦理工学院的气候科学家、IPCC报告的第一作者索尼娅塞内维拉特纳表示。“这一证据表明，目前的升温速度在数千年的尺度上是前所未有的。”
从人类的角度来看，2150年已经不远了。今天活着的人谁也不能指望等到那个时候，但我们的孙辈们可以。从地质学的角度来看，它甚至更短。自然过程花了5000万年才消除始新世变暖的影响。我们可能在两个世纪后逆转这一趋势，并带来可怕的后果。这是史前的一个教训。
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