如何通過時(shí)間旅行研究氣候

【編者按】

如果時(shí)空穿梭成為現(xiàn)實(shí)，關(guān)心氣候變化的人們就有了更直觀的觀測(cè)途徑，不過，應(yīng)該穿越回到哪個(gè)時(shí)段、哪個(gè)地點(diǎn)呢？這里有一份“時(shí)空漫游指南”。根據(jù)這份指南，古新世和始新世的最后一個(gè)間冰期，是地球上最適合對(duì)氣候感興趣的時(shí)間旅行者的時(shí)期。

指南的兩位作者是德國(guó)的兩位科普作家，卡特林·帕西格是一位程序員，亞歷克斯·朔爾茨是一位天文學(xué)家。他們用布羅代爾式的寫作方式，將時(shí)空旅行目的地的細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)煞有介事地告訴我們這些做白日夢(mèng)的麻瓜。本文摘自《時(shí)空漫游指南：回到過去的旅行和生存建議》，[德]卡特林·帕西格 / [德]亞歷克斯·朔爾茨著，張亦琦譯，人民文學(xué)出版社2023年9月版。

《時(shí)空漫游指南：回到過去的旅行和生存建議》書封

時(shí)間旅行者若有意研究氣候，可活動(dòng)的范圍十分廣泛。地球有45億年的歷史。在其中近45億年的時(shí)間里完全無(wú)法直接測(cè)量溫度，時(shí)間旅行普及后這一局面才得以改變。來自地球表面的這種測(cè)量數(shù)據(jù)與太陽(yáng)活動(dòng)、云層分布、二氧化碳濃度等數(shù)據(jù)相結(jié)合，構(gòu)成了全球長(zhǎng)期氣候變化的研究基礎(chǔ)。人們?nèi)粝脒m應(yīng)并理解20世紀(jì)下半葉開始的全球變暖進(jìn)程，尤為依賴這些數(shù)據(jù)。

1850年以前，所有的溫度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都是零散的。只有在歐洲、北美洲和東亞有著長(zhǎng)期的溫度測(cè)量記錄。世界上大部分地區(qū)要么根本沒有數(shù)據(jù)，要么只有最近幾十年的數(shù)據(jù)。目前人們?cè)谶@方面只能采用間接的方法，通過觀察與溫度相關(guān)的事物的變化來推測(cè)氣溫，比如樹的年輪、珊瑚礁和南極冰層。然而解讀并校準(zhǔn)這些間接的方法并不容易。在這方面，時(shí)空穿梭機(jī)可以發(fā)揮作用，填補(bǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的關(guān)鍵空白。

溫度計(jì)價(jià)格不貴，顯示溫度也很快，而且無(wú)論你穿越到多久以前，天氣永遠(yuǎn)存在。你只需要遵循一些基本的規(guī)則就可以了。首先，我們建議你不要只買一個(gè)溫度計(jì)，而是多買幾個(gè)以不同原理測(cè)溫的溫度計(jì)。如今的專業(yè)氣象站開展工作用的是電子溫度計(jì)，需要電源或電池，而這兩樣?xùn)|西在過去往往并不容易獲得。因此，無(wú)論如何你都應(yīng)該再帶一個(gè)堅(jiān)固耐用的設(shè)備，比如水銀或酒精柱的溫度計(jì)。

我們建議你在踏上時(shí)間旅行之前，先將每個(gè)溫度計(jì)觀察一段時(shí)間，并把測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。這樣你就能發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否有系統(tǒng)性的錯(cuò)誤，比如顯示的溫度總是過高或者過低。這樣做也能幫助你縮小測(cè)量值的偏差，提升可信度。如果溫度計(jì)的誤差超過了一度，就沒有用了，至少在過去的一百年里沒有用，因?yàn)闅v史上的測(cè)量結(jié)果比這更準(zhǔn)確。如果你要去的是更久遠(yuǎn)的過去，較大的誤差就可以接受了，因?yàn)楫?dāng)時(shí)存在的溫度測(cè)量記錄與估測(cè)結(jié)果都沒那么精確。

接下來你要檢查的是溫度計(jì)的安放地點(diǎn)。我們建議你先到歷史上的某個(gè)官方監(jiān)測(cè)站去，在那里再次檢查自己的溫度計(jì)。時(shí)空穿梭機(jī)的傳輸過程不應(yīng)該對(duì)溫度計(jì)產(chǎn)生任何影響，但是目前還沒有人準(zhǔn)確地研究過這一點(diǎn)。曾經(jīng)的柏林-滕珀?duì)柣舴驒C(jī)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)可以追溯到1876年。但該監(jiān)測(cè)站經(jīng)歷過多次搬遷，可能不容易找到。歷史上它曾在米特、克羅伊茨貝格和達(dá)勒姆等城區(qū)之間來回搬遷，直到1950年才真正在滕珀?duì)柣舴驒C(jī)場(chǎng)落地。

更優(yōu)越的監(jiān)測(cè)地點(diǎn)是位于上奧地利州的克雷姆斯明斯特天文臺(tái)，自1762年以來，天文臺(tái)每天都會(huì)在同一地點(diǎn)測(cè)量氣溫。天文臺(tái)有座50米高的觀測(cè)塔，在開始測(cè)量氣溫之前幾年就已經(jīng)建成，因此十分好找。那些走得更遠(yuǎn)的人則應(yīng)該到英國(guó)看看：史上最長(zhǎng)的連續(xù)氣溫監(jiān)測(cè)記錄是“英格蘭中部氣溫”(CET)。測(cè)量始于1659年，最初只是不定期地進(jìn)行測(cè)量，有時(shí)不是在室外，而是在沒有暖氣的房間里測(cè)量。自1772年以來，英國(guó)的幾個(gè)監(jiān)測(cè)站每天都會(huì)測(cè)量室外氣溫。溫度是人類歷史上最常被測(cè)量或預(yù)估的參數(shù)之一，僅次于對(duì)時(shí)間的記錄。至少在過去兩百年里，你應(yīng)該不難找到能提供氣溫信息的人。唯一的問題在于對(duì)方采用的是什么單位。

18世紀(jì)初，以酒精或水銀受熱膨脹為工作原理的準(zhǔn)確溫度計(jì)才問世。當(dāng)時(shí)有數(shù)十種不同的計(jì)溫標(biāo)準(zhǔn)流通。幾乎每個(gè)小有名氣的科學(xué)家都有自己的計(jì)溫標(biāo)準(zhǔn)。為了校準(zhǔn)，人們會(huì)采用兩個(gè)處于所謂的“恒定溫度”的物品，一個(gè)在冷的那一端，一個(gè)在暖的那一端,例如冰水和人體(隨便哪個(gè)人都行)，或者對(duì)人類(或至少是對(duì)艾薩克·牛頓)來說剛好可以忍受的沐浴水溫。在18世紀(jì)，我們使用至今的計(jì)溫標(biāo)準(zhǔn)的最初版本——攝氏度與華氏度——才得以確立。

19世紀(jì)末，人們才意識(shí)到溫度計(jì)應(yīng)該避免風(fēng)吹或陽(yáng)光直射，而且不應(yīng)直接安裝在地面上，否則測(cè)量結(jié)果就會(huì)出錯(cuò)。沿用至今的白色百葉箱的設(shè)計(jì)就起源于這個(gè)時(shí)期，其大小與貓窩差不多，安裝在離地面兩米高的地方。這些百葉箱的發(fā)明者是托馬斯·史蒂文森，他也是作家羅伯特·路易斯·史蒂文森的父親。一名科學(xué)家如果沒有為自己安裝的溫度計(jì)做任何保護(hù)措施，其測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度就比較有限。

總體看來，對(duì)氣候感興趣的時(shí)間旅行者需要注意兩件事：如果你想測(cè)試自己的設(shè)備，最好不要穿越到一百年前及之前的時(shí)期，因?yàn)槟菚r(shí)還不存在簡(jiǎn)單易行的溫度測(cè)量的對(duì)比方式。敲開牛頓或者伽利略家的門詢問有關(guān)溫度的問題也沒什么用。他們兩個(gè)當(dāng)然都有自己的看法，只是他們的看法對(duì)你并沒有幫助。然而，從另一方面來說，只要你穿越到比一百年前略晚一些的時(shí)期，就算你哪兒也不去，只待在工業(yè)化國(guó)家，也可以為科學(xué)服務(wù)。

抵達(dá)過去之后，無(wú)論你在哪個(gè)時(shí)代，都應(yīng)該像此前提到的那樣把溫度計(jì)放在蔽陰處，詳細(xì)記錄一天中的溫度、日期、地點(diǎn)、時(shí)間以及其他可能影響溫度的氣候事件(云量、降水、積雪、森林火災(zāi)、火山爆發(fā)、小行星撞擊等)。這些元數(shù)據(jù)與溫度本身同樣重要。請(qǐng)注意確保沒有動(dòng)物或者人亂動(dòng)儀器，而且也沒有人以為你是在搞鬼把戲。最好的辦法是徹底避開地球人。

這些氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)的價(jià)值有多大，取決于你前往的時(shí)代距今有多遙遠(yuǎn)、前往的地點(diǎn)、停留多長(zhǎng)時(shí)間，以及目前人們對(duì)你所選擇的時(shí)代的溫度估測(cè)有多么不準(zhǔn)確。即便是歐洲中部同一地點(diǎn)的現(xiàn)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也能清楚地表明，在過去的50年里氣溫比長(zhǎng)期以來的平均氣溫要高出1℃。大不列顛島的測(cè)量結(jié)果甚至涵蓋了小冰期的一部分時(shí)間。在1600-1800年間，英國(guó)的氣溫有時(shí)甚至比長(zhǎng)期以來的平均氣溫低2℃。不過，這樣的觀察需要連續(xù)多年采用一致的測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)，才能區(qū)分出短期天氣和長(zhǎng)期氣候。

單獨(dú)的一次測(cè)溫是沒用的。一天之內(nèi)溫度上下波動(dòng)幾度的情況并不罕見，每個(gè)在春天曾經(jīng)歷過暴風(fēng)雪的人都可以證實(shí)這一點(diǎn)。一年當(dāng)中，歐洲中部各地的月平均溫度變化為15-20℃。相比之下，借助年輪、化石、冰核或者深海沉積物估測(cè)得到的地球溫度在過去1000萬(wàn)年中的變化還不到10℃。在過去的1萬(wàn)年里，其變化甚至不到2℃。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2023年8月16日，德國(guó)巴伐利亞格萊瑙，徒步旅行者從楚格峰殘存的積雪上走過。

測(cè)溫期的選擇也很重要。就地球歷史而言，過去的1萬(wàn)年相對(duì)較為平淡。自上次大冰期以來地球溫度史上最刺激的事件顯然是目前的氣候快速變暖。相比之下，在這一時(shí)期之前持續(xù)了250萬(wàn)年的更新世中，地球的溫度總在瘋狂地上躥下跳(有關(guān)這一時(shí)代的更多信息請(qǐng)參考《穿越狂野的更新世》一章)。僅僅覆蓋數(shù)千年的持續(xù)測(cè)溫已經(jīng)能夠揭示平均溫度的重大變化，而且甚至超過了1℃——在氣候研究中這已經(jīng)是很大的變化了。

如果穿越到更久遠(yuǎn)的時(shí)代，大多數(shù)情況下你會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的氣溫比今天更高。古新世和始新世的最后一個(gè)間冰期，是地球上最適合對(duì)氣候感興趣的時(shí)間旅行者的時(shí)期。這一時(shí)期處于幾次小行星劇烈撞擊地球事件之間，從距今約6600萬(wàn)年的希克蘇魯伯隕石撞擊事件開始(請(qǐng)參考《大大小小的世界末日》一章)，到3000萬(wàn)之年后北美洲的切薩皮克灣和西伯利亞的波皮蓋河隕石撞擊事件結(jié)束。在此期間的氣溫比目前的平均氣溫高5-15℃。

自那以后就再?zèng)]有這么暖和過，而且很可能要到2200年才會(huì)再次達(dá)到這樣的溫度。在溫暖時(shí)期進(jìn)行實(shí)地考察也很有意義，因?yàn)榇髿庵泻凶銐虻难鯕夤┤撕粑?，恐龍或其他可能有興趣吃掉時(shí)間旅行者的動(dòng)物暫時(shí)尚未出現(xiàn)。大型哺乳動(dòng)物十分罕見。在北極地區(qū)會(huì)有鱷魚、海龜?shù)葎?dòng)物,不過你千萬(wàn)不要以為自己能拍到鱷魚趴在浮冰上的壯觀照片，因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)代冰當(dāng)然是不存在的。

如果你想快速取得成就，可以專注研究氣候變化進(jìn)展迅速的時(shí)代。名字很長(zhǎng)的“古新世-始新世極熱事件”(PETM，亦作ETM1)就是一段頗為震撼的間冰期，它發(fā)生在大約5550萬(wàn)年以前。在很短的時(shí)間內(nèi)，全球氣溫上升了5-8℃，然后同樣迅速地再次變冷。整個(gè)驚人的變化過程只持續(xù)了20萬(wàn)年。根據(jù)現(xiàn)在的推測(cè)，古新世-始新世極熱事件的發(fā)生是由于在幾千年內(nèi)，幾萬(wàn)億噸的碳以二氧化碳和甲烷的形式被排放到了大氣中。這兩種氣體都是溫室氣體，會(huì)將能量保留在大氣層，而不是逸散到太空中，因此氣候會(huì)變暖。在古新世-始新世極熱事件期間，每年會(huì)產(chǎn)生大約10億噸這樣的氣體。相比之下，如今人類每年的產(chǎn)量大約是這個(gè)數(shù)字的幾十倍。導(dǎo)致極熱事件的碳究竟從何而來尚不清楚。汽車和燃煤發(fā)電站還不存在。人們只能用火山、彗星、板塊構(gòu)造、地球運(yùn)行軌道的改變以及其他劇烈的自然現(xiàn)象來解釋。在人類出現(xiàn)之前，古新世-始新世極熱事件是過去1億年中氣候變暖速度最快的階段。自那以后地球上就再?zèng)]有過這么溫暖的氣候了。

緊接著古新世-始新世極熱事件之后，也就是5360萬(wàn)年前，有一個(gè)與之非常類似但速度稍慢的時(shí)期，也就是始新世極熱事件2(ETM-2)，它有個(gè)更好記的名字叫做Elmo事件(并不是以《芝麻街》里的紅色手偶角色艾摩命名，而是“來源不明的始新世沉積層”[Eocene Layer of Mysterious Origin]的縮寫，即這個(gè)時(shí)代在海洋中形成的一個(gè)沉積層)。同樣地，大量碳進(jìn)入大氣層，溫度再次迅速上升。然而僅僅過了幾百萬(wàn)年，截然不同的景象出現(xiàn)了，這就是“滿江紅事件”：據(jù)推測(cè)，此時(shí)的北冰洋與地球上的其他海洋被陸塊隔開，一種學(xué)名叫做滿江紅的水生蕨類植物大量繁殖。之前氣候變暖造成的結(jié)果，包括溫暖的氣溫、低降水量和大氣的特殊成分等，都有利于滿江紅的生長(zhǎng)。滿江紅迅速繁殖，并在這個(gè)過程中吸收了大氣中的二氧化碳。這些植物死亡后在海床上聚集起來。空氣中的二氧化碳含量減少到不及原來的三分之一，導(dǎo)致地球的溫度迅速下降，這是從間冰期邁向冰期的第一步。大量死亡的滿江紅由此形成了沉積層，如今人們?cè)诒睒O地區(qū)的這些地點(diǎn)尋找石油。有些人則宣稱在人工誘導(dǎo)下引起滿江紅事件可以使今天的我們免于再次經(jīng)歷全球變暖。

間冰期絕不是海灘上的美好假期。即使是幾度的變暖也會(huì)令大氣、氣候、植被和動(dòng)物發(fā)生永久性的改變。冰川消融，極地的冰層消失。海平面上升，各大陸的低洼地區(qū)被淹沒。當(dāng)變暖的速度像古新世-始新世極熱事件或者像現(xiàn)代一樣迅速，生物進(jìn)化的速度就跟不上它了。生物沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行自然的適應(yīng)過程，其結(jié)果將是植物和動(dòng)物物種大規(guī)模滅絕，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生劇烈動(dòng)蕩。

時(shí)間旅行者應(yīng)該準(zhǔn)備好遭遇意外情況。你必須拋開先入為主的想法，包括季節(jié)、溫度、植物、動(dòng)物以及與之相關(guān)的旅行計(jì)劃。相反地，你要隨機(jī)應(yīng)變，并努力做好萬(wàn)全的準(zhǔn)備。即使你要去冬季旅行，也要帶上防曬霜。即使你要去南極，也要帶上蚊帳。還要帶上雨靴，以應(yīng)對(duì)意料之外的濕地。

對(duì)于攜帶溫度計(jì)出行的時(shí)間旅行者來說，古新世-始新世極熱事件、Elmo事件和滿江紅事件的監(jiān)測(cè)成果唾手可得。你所要做的就是在事件即將發(fā)生時(shí)建立幾座氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)，避開陽(yáng)光直射和大風(fēng)，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)最好分布在不同的大陸上，然后在幾千年內(nèi)定期測(cè)量溫度，也許是每天一次，同時(shí)仔細(xì)觀察環(huán)境并記錄變化。假設(shè)測(cè)量一次溫度需要幾分鐘，時(shí)間旅行持續(xù)的時(shí)間忽略不計(jì)，假設(shè)每周工作40個(gè)小時(shí)，那么這整個(gè)任務(wù)會(huì)產(chǎn)生幾百年的工作量。對(duì)一個(gè)人來說這個(gè)工作量確實(shí)太大了，不過如果有一支高效的團(tuán)隊(duì)，哪怕團(tuán)隊(duì)里只有一百名時(shí)間旅行者，也可以在短短幾年內(nèi)得到一套真正無(wú)與倫比的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。遺憾的是諾貝爾獎(jiǎng)中沒有溫度監(jiān)測(cè)這一項(xiàng)，如果有的話，這些人肯定值得一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。