由于中国的高等院校一般不开设天文学为基础课,所以中国人的天文学知识极端贫乏。一提到天文周期,有人马上就会与封建迷信联系到一起,严重阻碍了中国基础科学的发展。事实上,天文学象数学、物理和化学一样,是人类研究较早的基础科学。古代农业与天文学密切相关,由月相变化制定的农历就是建立在古代农业发展的需求上,二十四节气是农业生产必须遵循的季节性气候变化规律。古代的渔业和牧业也离不开天文学,交通运输、航海、军事更离不开天文学,因为准确的时间、方向的确定要依靠天空的星象变化规律。对现代人来说,太阳黑子爆发和磁暴会影响电网安全、通讯质量、宇航安全、卫星寿命,人们生活离不开天文学。
地质学也是一般普通高等院校不开设的专业课,人们的地质知识也十分贫乏。可是,有人偏偏把普通人不熟悉的天文学和地质学结合在一起,掀起天文地质学的研究热潮。徐道一研究员是较早把天文地质学引进中国的研究者之一,他牵头编著的《天文地质学概论》对中国天文地质界有深远的影响[1]。
黄汲清院士在《天文地质学概论》一书的“序”中指出,古希腊的一些学者往往既通晓天文学、数学,又研究物理学、生命科学和地球科学。这种趋势在文艺复兴初期还占重要位置。自然科学之迅速发展,促使自然科学家“专业化”,而且随着时间之推移,自然科学的内容越分越细,“专业化”也越来越“专”。首先出现天文学、数学、物理学、化学、地球科学和生命科学的分工,也就是人们一般称呼的“数理化天地生”[1]。
学会数理化,走遍全天下。可见数理化在学生心目中的地位不可替代。生命科学在近十年也十分火热,遗传工程和基因研究把生命科学推向科学的顶峰。航天事业的发展,使天文学的视野更为广阔。能源和资源的需求,把地球科学推到是是非非的风口浪尖。要搞清地球环境变迁的原因,我们就必需通晓天文地质学。
古代关于天地之间关系的论述很多,例如,中国3000多年前已有人根据星体运行来预测地震的发生,观星测雨法也是中国古代的一大发明。欧洲在19世纪有人把冰期与天文因素联系在一起,地球轨道要素的变化可能影响到地球上的气候变化的假设最早了追溯到克日尔(Croll,1875)。
20世纪40年代南斯拉夫科学家米兰科维奇(M. Milankovitch,1941)提出地球轨道三要素变化旋回与第四纪冰期和间冰期有关的假说。三要素包括地球轨道偏心率变化10万年周期、黄赤交角变化4万年周期、岁差变化2万年周期。米兰科维奇通过准确的计算,发现由于地球轨道变化使到达地面的太阳辐射量的变化与第四纪冰期和间冰期一一对应。他的研究成果在当时没有得到地质学家的承认和重视。直到70年代海斯(Hays,1976)等人依据对深海钻孔中有孔虫壳的氧同位素变化分析,确认了冰期与间冰期的转换存在2、4、10万年周期。米兰科维奇天文冰期理论的确认是20世纪自然科学的重大发现。
争论是科学的生命,科学界从来就不平静。地球中心说与太阳中心说之争,水成派与火成派之争,进化论与反进化论之争,固定论与活动论之争,促进了科学的进步与发展。
20世纪70年代初曾经出现过的气候“变冷说”。1971年丹斯加德(Dansgaard)等人发表的格陵兰冰芯氧同位素谱分析成果表明,地球气候有10万年轨道周期变化,其中9万年为冷期,1万年为暖期。按此规律推算,目前气候的暖期已接近尾声,气候“变冷说”一度成为主流。日本气象厅朝仓正在1973年3月3日的《东洋经济周刊》上撰文预言,地球将于21世纪进入“第四小冰期”。美国威斯康辛大学环境研究所布赖森(Bryson)也认为,地球目前正在非常缓慢地进入另一个大冰河期。当时的“变暖说”以大气热污染为依据,代表人物有前苏联列宁格勒地球物理观象总台布迪柯、列宁格勒大学施涅特尼柯夫和美国国家海洋和大气管理局环境保护厅的彼得森。几十年后的现在,他们的理论成为了主流。
媒体多次披露,对于气候冷暖变迁这一全球重大问题的预测,科学界可谓出尔反尔。20世纪70年代,一批欧美的著名学者曾聚会于美国布朗大学,专门召开了一次“当前的间冰期何时结束和如何结束”的研讨会。学者们举出实例证明,目前的地球气温已经在开始下降,从暖到冷的变化很快,如果人类不加以干涉,当前的暖期将会较快结束,可以预期不出几千年,也许只有几百年,全球冰期以及相应的环境变迁就会来临。出于对所面临威胁的忧虑,会议的两位发起者甚至还向当时的美国总统尼克松写信发出警报。这种“冰期将临”的观点一直持续了20年。直到了20世纪90年代,温室效应与全球气候变暖才成为国际社会的热点[2]。
21世纪初,全球变暖的呼声日益高涨。一些英美气象学专家在2007新年到来之际警告说,在全球气候变暖和“厄尔尼诺”现象的联合作用下,2007年可能成为有记录以来的最热年份,还将给地球带来深远的影响。英国人在罕见暴风雪中度过新年,英国科学家菲尔•琼斯在1日警告说,2007年全球此类极端天气气候事件将频繁出现,为印度尼西亚带来干旱,并让美国加利福尼亚州陷入一片汪洋。 菲尔•琼斯为英国东英吉利大学气候研究小组负责人。他说,长期的全球变暖趋势已经导致东非干旱和北极冰壳融化,这种趋势将在2007年随着“厄尔尼诺”现象的到来加剧。在二者共同作用下,2007年全球气温将超过1998年,成为史上最热年份。“‘厄尔尼诺’现象将让世界变暖,而我们已经在经历变暖趋势,每10年全球平均气温就将上升0.1至0.2摄氏度,”琼斯说:“它们遇到一起,将让2007年比去年更热,甚至使未来12个月成为创纪录的最热年份。”2006年是有记录以来第6热的年份。对英国来说,则是1659年以来最热年份[3]。
历史总是和时髦的跟风派开玩笑。时间刚刚过去半年,英国科学家的最新研究又纠正了“2007年可能成为有记录以来的最热年份”的说法。
一个英国小组改进了一个预测全球气候的模型,他们把海洋和大气的实际状态考虑进来,而不是像大多数模型那样用近似状态。这个新模型预测,变暖在今后几年中将缓慢下来,但是之后又会加快,2009年后的年份中至少有一半会比1998年热,1998年是迄今记录中最热的一年[4]。
据法新社报道,9日发表的一项报告称,过去两年里,自然气候的变化抵消了全球气候变暖效应并将继续促使气温在2008年保持缓慢变化的趋势。现有的全球气候计算机模型低估了自然力对气候变化的影响,因此,英国气象局的专家们调整了原有模型,以便更好地反映诸如拉尼娜现象或海洋水温及水流循环的波动等气象规律对气候造成的影响。他们采用反映海洋及大气真实情况的数据替代近似数据,以获得2005年到2014年这10年间的气候变化预测值。预测结果显示,虽然长期来看,人类产生的温室气体会迫使气温升高,但是热带太平洋温度较低的寒流及南极海域对气候变暖的抑制,将抵消这十年中前几年全球气候变暖的效应。该论文发表在《科学》杂志上[5]。
全球持续变暖论者开始降低了调门,承认1998年以后气温是在逐渐降低和过去两年里自然气候的变化抵消了全球气候变暖效应并将继续促使气温在2008年保持缓慢变化的趋势这一事实[6],验证了中国科学家提出的“海洋巨震调温效应”。
早在2002年郭增建研究员提出了“海洋巨震调温效应”:海洋及其周边地区的强震产生海啸,可使海洋深处冷水迁到海面,使水面降温,冷水吸收较多的二氧化碳,从而使地球降温近20年。20世纪80年代以后的气温上升与人类活动使二氧化碳排放量增加有关,同时这一时期也没有发生巨大的海震。巨震指赤道两侧南北纬度各40度范围内的8.5级和大于8.5级的海震[7]。2004年12月26日印尼发生强烈的地震(8.7级)海啸,根据郭增建的“深海巨震降温说”理论,全球气温将逐渐降低。2005年和2006年亚欧大陆遭遇的暴冷冬天提供了客观证据[8,9]。
1889年以来,全球大于等于8.5级的地震共18次。在1889-1924年“拉马德雷”“冷位相”发生6次,在1925-1945年“拉马德雷”“暖位相”发生1次,在1946-1977年“拉马德雷”“冷位相”及其边界发生11次,在1978-1999年“拉马德雷”“暖位相”发生0次,在2004-2030年“拉马德雷”“冷位相”已发生2次。规律表明,拉马德雷冷位相时期是全球强震的集中爆发时期和低温期。2000年进入了拉马德雷冷位相时期,2004-2030年是全球强震爆发时期[10,11],
研究表明,三个月亮赤纬角变化周期(每个18.6年,共55.8年),对应一个拉马德雷冷暖位相交替周期,对应一个8.5级以上大震强烈与减弱变化周期。拉马德雷冷位相时期潮汐南北震荡强度相对较强,对应月亮赤纬角两大一小,根据季林的强潮汐致冷效应和郭增建的“深海巨震降温说”理论[7,12],出现全球低温期和强震频发期;拉马德雷暖位相时期潮汐南北震荡强度相对较弱,对应月亮赤纬角一大两小,出现全球温暖期和强震间歇期[9]。杜品仁和胡辉都指出,地震具有明显的18.6年潮汐周期[13,14]。
从15至17世纪的200余年内,世界上强震很多,其它自然灾害(如瘟疫流行)也很集中,这也正是蒙德极小值期[15]。这个时期太阳活动处于极小值,人们往往把它当作小冰期气候产生的原因。美国科学家查尔斯•季林认为,强潮汐把海洋深处的冷水带到海面,使全球气候变冷。据计算,大约在1425年即小冰期的末期,潮汐达到了最大值,以后逐渐减弱,直到3100年潮汐又达到最大值。这个周期是过去1万年气候变迁的主要动力[12]。由于强潮汐可激发火山和地震活动[16,17],全球气候和地震也要受到天文因素的控制。
天文因素不仅能控制全球气候的变化,而且成为确定地质年代划分的重要方法之一。瑞欧(Rio,2003)等人提出“天文年代表”的概念不久,哥拉德斯坦(Gradstein,2004)等人在“国际地质年表”中把天文轨道因素作为确定地质年代的一种重要方法。这表明旋回地层学研究已经取得一些突破性进展,成为当代地层学的一个新增长点。我国在新近系、古近系、下侏罗统、二叠系等陆相沉积的旋回地层研究方面已取得了一批成果,徐道一研究员的相关工作受到有关部门的高度关注[18]。
在回顾天文地质学发展历史之时,我们不要忘记老一辈科学家的艰辛劳动,祝徐道一等老一代科学家的事业后继有人、发扬光大!
参考文献
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