石笋的诉说

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  叫几块石头开口说话,肯定让人觉得诧异。但是,科学家却有这本事。
  中国贵州南部的荔波县,是世界罕见的喀斯特地貌和森林结合地区。地下溶洞之中,布满鬼斧神工的奇柱异石。科学家让这些石头讲述了一段绵延久远的故事。(图1)
  2008年春节前夕,在贵州荔波县一个溶洞中。一群人在紧张地忙碌着。
  他们先用凿子向一根石柱根部凿去,直至将石柱凿出一个缺口。
  随后,开始手脚并用地推晃石柱,眼看石柱摇摇欲坠,随时就要倒落。
  这个看似普通的石柱并不普通,它叫石笋,是当地人眼中的宝贝,已有16万年的历史。(图2)
  他们是谁?
  为何要公然采凿一个如此古老的宝贝?
  荔波茂兰自然保护区位于荔波县南部,处在贵州高原南部斜坡地带。
  这里,是地球上同纬度地区绝无仅有的喀斯特森林生态系统,也是学者眼中罕见的生物基因库,因此被誉为地球腰带上的绿宝石。
  这里地表陡峭、基岩裸露、土壤极少,岩石裸露率在80%以上。
  令人惊讶的是,在这些裸露的基岩上,竟生长着2万公顷郁郁葱葱的森林,因而被称为"石头上的森林"。
  荔波美丽的风景,吸引了大量游人前往。(图3——1 图3——2)
  然而,近年来一连串事件的发生,令荔波地区成为地质学家经常光顾的地方。
  因为这片神奇的土地,隐藏着关于古气候变迁的奇特密码。
  2008年,一场罕见严寒席卷了中国南方,由于气温过低形成大面积冻雨。一夜之间,温暖的南方出现了寒冷的东北才能见到的景观。
  而同时,在中国大地上气候异常多变,极端的气候事件频繁地发生:
  2006年,百年一遇的超强台风“桑美”登陆中国;强热带风暴“碧利斯”横扫中国南方七省。
  2006年,四川遭遇历史罕见高温伏旱;强沙尘暴频袭中国北方;北京一夜降尘33万吨;北方出现14年来最严重的酸雨。
  这一系列极端现象,引起了人们重视。也有人提出疑问,难道如同影视作品中的可怕景象,真的会向真实生活慢慢逼近?
  其实,人类赖以生存的地球在46亿年漫长历史中,气候曾经多次转变。
  距今16万年前是干冷严寒的气候,接下来,气候发生变化,开始向温暖湿润的气候转变,随后又进入相对温暖时期。
  地球也有四季,随着时间的变化,地球在冷热气候之间,做着规律的运动。
  那么,今天究竟位于哪个时间节点?未来的气候,又即将朝哪个方向发展?
  在荔波茂兰自然保护区内,就隐藏着解开这个问题的神秘钥匙。
  专家们正是在找寻揭开古代气候变迁的重要线索。他们相信,在这些石笋身上,记录着神秘的远古密码。
  远古密码为何会藏匿于石笋之中,地质专家又将从这些密码里面解读出什么样的秘密?
  张美良研究员,国家地质科学院岩溶地质研究所岩溶动力学重点实验室成员,常年从事气候变化和地质方面的研究工作,对于采集石笋颇有些经验。
  张美良:采石笋像砍树,先把石笋根基弄松,如同砍树时先用斧头砍出一个缺口,然后顺势一推,石笋就会倒下来。
  这时,由于对石笋倒落方向判断有偏差,石笋在跌倒瞬间摔断成了几截。这样一摔,石笋会不会受到破坏?是否就废弃了呢?
  专家说,采集的石笋并不需要十分完整,太长的部分也要截断。不过,有一点非常重要,一旦出错,将对研究造成巨大影响,那就是每段石笋必须按照生长顺序排列标记。
  位于桂林的岩溶地质研究所,是一个石笋博物馆,无数的石笋躺在这里。
  在外人看来,它们就是普普通通的石头,然而在专家眼中,这是一本本大自然撰写的编年史。(图4)
  石笋为何会被称为破解古气候的密码,它们究竟是怎么形成的?
  荔波茂兰自然保护区,以喀斯特地貌即岩溶地貌为主,这里的岩石多为碳酸盐岩。
  无数错综复杂的水流网络流经地下大小洞穴,为这些洞穴留下一幅幅罕见奇景。(图5——1 图5——2)
  溶洞里的地下水,经过碳酸盐岩的缝隙,从洞穴顶部滴落下来,常年累月滴落到洞底石灰岩上。
  这时,水中的物质与岩石中的物质发生反应,水滴蒸发后,留下钙化物质,不断积累,经过漫长岁月慢慢地长成石笋。
  张美良:从洞顶往下生长的叫石钟乳,或叫钟乳石。从洞底往上生长的通常称为石笋。(图6)
  石笋的生长速度非常缓慢,每千年才生长1厘米,在它们缓慢生长过程中,气候信息在不知不觉间被偷偷地记录下来。
  有这样一句名言,你能回望多远的历史,你就能前瞻多远的未来。这句话用在气候变化上,似乎也很恰当。
  袁道先(中科院院士 国家地质科学院岩溶地质研究所研究员):为了知道未来气候的变化,就要从过去气候的变化中寻找规律。
  当前全球气候变化研究的主要任务,是寻找适于分析和研究的古环境,通过了解过去来探索未来气候变化的规律。掌握了规律,才能知道明天到底会是什么样子。
  但要知晓过去了那么久的古气候,似乎并不容易。
  在自然界里,能记录古气候的载体很多。首先最直观的,是人类自己的记录。如果再往前追溯,那时没有语言,没有文字,甚至可能还没有人类。
  那个时候的气候变化,谁能告诉我们呢?
  人类最聪明的地方,就是善于利用工具,寻找帮手。珊瑚礁、冰心、黄土、树木,都是记录古气候的载体。不过,在测定年代时都有一定局限性。
  比如:珊瑚礁仅分布在热带海洋,采集有很大难度;冰芯的古环境信息记录较长,但仅分布于两极和高寒地区;树木年轮记录的信息相对较短,并且有可能出现多年轮的年轮假象;黄土中包含信息的时间跨度亘久,但其分辨率很差。石笋却具备以上材料没有的优点。
  石笋一般处于封闭或半封闭的溶洞体系中,外界干扰因素小。更重要的是,它和雨水的多少,有着直接的联系。
  袁道先:石笋生长得快与慢,跟外面的降雨关系非常密切。外面下雨多的时候,石笋就长得快,外面下雨少的时候,石笋就长得慢。根据这个道理,可从中提取过去气候变化的信息。   石笋是气候变迁的精确载体。专家采集的这根石笋,已经有16万岁,在16万年的历程中,地球气候发生过巨大的变化吗?
  这位历经沧桑的长者,用自己的身体记录下了这些变化,可怎样才能让古老的石笋“开口”呢?
  一根具有16万年历史的古老石笋,一场大“手术”后将揭示出怎样的秘密?
  在岩溶地质研究所,一台机器正在轰鸣作响。这是一台切割机,要想让古老的石笋开口,就必须沿着石笋生长的方向把它切开。
  这时,之前按石笋生长顺序的编号,显得尤其重要。
  袁道先:石笋是连续不断地由底往上长,剖面沿着它的生长方向切开,剖面结构就显现得十分清楚。如果古气候干燥,微量元素较多,这时期生长的石笋颜色比较黑。如果古气候湿热,雨水比较多,这时期生长的石笋颜色比较发亮,白色。颜色的一层层变化显示出气候的变化。(图7)
  除了目测,专家还要按石笋生长顺序,钻孔采样并测年。
  经过对这根古老石笋的研究,一幅清晰的气候变化图,在专家面前呈现。
  虽然已经破解了石笋中古气候变迁的密码,但还存在另一个重要的问题。要对一个地区的古气候进行分析,仅依靠一根石笋是无法完成的。
  科学需要严谨,而眼下这根石笋是一个孤证。
  孤证,就是单一的证据。这个证据的形成,可能源于一个偶然,一个意外,它提供的数据有可能非常极端,仅听这块石笋的一家之言,无法保证真相。
  虽然石笋是在半封闭条件下形成的,外界干扰因素小,但是溶洞里的滴水并不均匀,有的地方滴水多,有的地方滴水少,石笋的信息就会受到干扰。这样,石笋中记载的数据就会出现偏差。
  常言道,兼听则明,科学家必须寻找另外一根石笋,听听它俩是不是异口同声。
  找第二根石笋,可比第一根难。因为它必须出现在相同地点、相同环境、并且有着相似的年龄。
  在征得当地相关部门同意后,科考队踏上了寻找万年石笋的旅途。
  董哥洞距离荔波县城40多公里,科考队坐车到达一个叫洞塘乡的地方后,便只能改为步行前往。
  因为地处山区,大部分都是崎岖的小山路,非常难走。
  进入董哥洞后,光线渐渐地褪去。
  科考队要寻找的石笋位于洞内400米左右的地方。跟小山路比较起来,溶洞内的路更艰险难行。
  科考队只能依靠手电筒微弱光源前行,而喀斯特溶洞内的特殊地貌环境更是错综复杂。
  董哥洞是一个层楼式的洞穴,有三层洞道。科考队要从第一层走到第二层,两层之间是一个非常陡的斜坡,有35度到45度的倾斜,将近两百米长。
  脚下非常湿滑,而且斜坡里面,又没路可行,有的时候队员们需要手脚并用,慢慢往下爬。
  溶洞中的路不仅不好走,而且非常危险。手电筒光不可及的黑暗中也许藏着无底深渊。
  但是,对于专家而言,洞中那些石笋的吸引力,远远大于眼前的危险。它们是佐证谜底的关键所在。
  所以不管有多艰险,专家都会将这些“有故事”的石笋带回研究所。
  科考队终于来到同样有着古老历史的石笋面前。就在这时,出现了一个让人意想不到的情况。
  原本帮助科考队采集石笋的当地村民却突然不干了,因为当地人把这些石笋看作宝贝。
  张美良:我们一直提倡保护石笋,不管它是否能作为旅游资源都要加以保护。如果无节制地把这些宝贵资源拿走,我们的子孙后代就不能再看到了。当地村民都有保护资源的意识。
  地质专家采石笋,不是随意乱采,是经过多次考察才选定研究样品。样品少而精,具有很高科研价值。而且这根石笋已经停止生长,采走样品后,溶洞内由石笋形成的独特景致也不会受到破坏。
  30分钟过去,在专家耐心解释下,村民再次上前帮忙采集石笋。
  科考队历经千辛万苦采到的这根石笋,将会为专家报“喜”还是报“忧”呢?
  最终,在对两根石笋采样及测年后,专家发现:
  在距今16万年前,气候干冷严寒,全球性降温,属于倒数第二次冰期又称为冰川时期。气候特征表现为寒冷干旱,降水减少,冰量增加,太阳辐射强度减弱。
  接下来,气候发生了变化,开始向温暖湿润的气候转变,进入了末次间冰期。末次间冰期是距今最近的两次冰期之间相对温暖时期。这时,全球气温普遍回升,气候特征表现为温暖湿润,降水增加,冰量减少,太阳辐射强度增强。
  这两根石笋几乎 “异口同声”地告诉人们,在距今12.93万年的时候,气候发生了变化,不再是冰期的严寒干燥。
  石笋上显示出在这时期我国南方有着丰沛的降水,进入了间冰期。精确的测年,让科学家真正找到了倒数第二次冰期终止的那个点。(图8)
  通过对这2根古老石笋的研究,专家不仅破解了古气候变化的密码,也首次建立了我国16万年以来古气候环境变迁轨迹,揭示了贵州荔波地区的气候变迁规律。
  通过两根石笋的诉说,科学家还原了16万年以来的古气候,这些数据无疑对于我们预知未来气候的变化,有着重要的作用。(图9)
  有人说,地球是人类赖以生存的故乡,是人类的母亲。而母亲应该是慈爱的、包容的。但每一位母亲也都有自己的性格,可能偶尔发发脾气。
  如果母亲不能选择,那么,就要尽可能地理解她,关爱她。在享受地球母亲带来的美好环境时,也要时刻为她下一次发脾气作好准备,因为,这是地球母亲的一部分。
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