長毛象來了！–我們要如何得知地球過去的氣候？

方法，就像推理小說理的偵探一樣，我們要利用殘缺不全（甚至有時候還互相矛盾）的蛛絲馬跡，來重建犯案現場。所有的推論，並不一定正確，而且，當有新技術或新證據被發現的時候，我們就要修正原本的推論。我常常說，要瞭解過去地球的歷史，就像是在玩個一千片的拼圖，你得要用手上僅有的三、四塊拼圖（甚至是破破爛爛的），去想像全部拼起來的拼圖，大概會長成甚麼模樣。這，就是研究地球歷史的方法！

打從地球形成以來，地球的氣候就一直不停地在變動著。根據不同的時間尺度，我們可以利用不同的證據與記錄，看到地球不同的氣候變化特徵。但是受限於地質記錄的殘缺不全，我們要瞭解越久遠之前的地球歷史，證據就越難找到，也越是殘破。所以距離我們今天生存的年代越接近，我們就能夠擁有越完整詳盡的氣候資料。

例如圖一就是一張自地球形成以來的氣候變化紀錄，我們可以發現，在地球歷史的越早期，氣溫變化的曲線就越平滑；但是越接近今天，氣溫變化得就越顯著。這並不是說，今天的地球越來越「激動」了，而是我們能夠掌握越久遠以前的氣候資料越少，所以地球形成當時的氣溫估計，可能是數百萬年、數千萬年、甚至是數億年的平均（而且誤差可能還很大）。但是越接近今天，我們就可以有越詳盡的資料，把細微的變化表現出來，才會造成「地球氣溫變化好像變劇烈了」的樣子。

圖一 地球自形成以來的氣候變化，左邊是時間尺，單位是百萬年前。中間曲線代表全球平均氣溫的高低，往右表示熱，往左表示冷。最右邊的地圖，則代表地球當時的陸地、海洋分佈狀況。從圖上我們可以看出來，地球歷史上曾經出現過四次最寒冷的年代（藍色箭頭）。而目前的氣候，相對地球的歷史來說，就是其中比較寒冷的時期。（資料來源：http://www.ruf.rice.edu/~leeman/GeoColumn.gif）

不過話又說回來了，沒有人類的紀錄，我們要怎樣可以得知地球過去的氣候記錄呢？就像是我們在地層裡尋找生物化石一樣，地層中不同種類植物（例如寒帶植物或熱帶植物）的花粉化石，就可以提示我們當時的氣候型態。還有樹木年輪的化石，以及成長過程類似的珊瑚化石，都是我們重建過去氣候紀錄時的重要證據。但是，由於陸地上的風化、侵蝕、甚至是造山運動，都會使得原本就不甚完整的紀錄更見殘破，平添許多研究上的困難。

想要更完整的氣候資料，就往海裡面找吧！海洋裡日復一日、年復一年穩定又持續的沈積作用，累積下了完整又連續的氣候資料。我們藉由海洋沈積物中，浮游生物的化石成分裡，氧18同位素的含量變化，可以重建出過去地球表面冰川體積的多寡，進一步推算地球的溫度。像是上次我分享給大家的「地球的氣候—甚麼是冰河期？」文章中，有張過去四十五萬年來，地表冰原體積變化的圖，就是根據這樣的資料所得來的。

曾經，來自海洋的紀錄，就是全世界研究地球歷史上氣候變遷最好的工具！不過，自從1990年代開始，當科學家跑到格陵蘭去鑽了一根「冰棒」出來之後，我們就有了更好的證據。究竟這根冰棒有何神奇之處？他可以告訴我們甚麼故事？以及他究竟記錄下哪些地球上氣候的變化呢？很有趣，下次再講。

地球形成的初期，太陽的熱度大約只有今天的70％，但二氧化碳的濃度卻高達90％以上（今天只有0.03-0.04％）。因此可以想見，地球剛形成的當下，天氣應該還是蠻熱的。之後隨著綠色植物的出現，二氧化碳漸漸被光合作用所利用，以及海水的溶解和生物製作碳酸鈣的外殼，大氣中的二氧化碳含量於是漸漸降低，一直到今天這樣的水準。