互动科普

在今日的地球上，人类文明的足迹遍布陆地和海洋，甚至踏上了月球。而在数百万年前，我们的祖先不过是一种生活在非洲树林中的猿猴。这一恢弘而艰难的演化征程，很大程度上受到地球环境改变的驱使。因此，当我们涉足人类历史时，首先需要了解古老人类的生存环境。我们现代人所在的人属（Homo）成员，主要都生活在第四纪，期间地球气候和环境在短短258万年里经历了巨大的波动和改变，人类文明也随之勃兴。

地球自诞生以来，气候一直处于变迁之中，其中三次全球大冰期对地球生命的演化影响深远，包括新元古代大冰期（雪球地球）、石炭纪—二叠纪大冰期和第四纪大冰期。第四纪冰期冰碛地层保存最完整，分布最广，研究也最详尽，能够很好地区分为多个冰期-间冰期旋回。这在深海沉积物、黄土-古土壤序列、南极和格陵兰的冰芯中，都有很好的记录。第四纪冰盖增长和退缩的主要周期是2.1万年、4.1万年和10万年，这些周期与天文驱动因子相符合。

冰川活动过的地区，所遗留下来的冰碛物是冰川研究的主要对象。地球现代冰川覆盖总面积约为1630万平方千米，大概占陆地总面积的11%；而在冰期时，冰川可覆盖陆地总面积的30%。各大陆冰期的冰川发育程度有很大的差别，如欧洲大陆冰盖曾达北纬48°，而亚洲只到北纬60°。一般来说，第四纪北半球大多数地区可观察到四次主要冰期、三次间冰期和一次冰后期。

在大陆冰川作用区，冰川从高纬度地区向中纬度地区扩张，引起生物群从极地向赤道迁移；在高山区，上部的山岳冰川向山下或山的外围扩大，生物群垂直分带向下迁移。间冰期是两次冰期之间全球性的增温期，地表的大量冰雪消融。大陆冰川消失或向高纬后退，高山区由山下向山上后退。冰期时，高纬区冰盖上空的冷高压反气旋往中低纬度移动，降水带南移，季风萎缩，使中低纬度大部分气候变干变冷，降水量相对减少。间冰期时，高纬区冷高压反气旋往极地方向收缩，降水带北移，季风活动势力强，使中低纬度大部分地区气候变暖变湿，降水量相对增加。

第四纪曾发生过剧烈的新构造运动：在大洋底部，中央洋脊向两侧扩张，对太平洋板块移动速度测量表明，每年向西漂移最大可达到11厘米，向东漂移6.6厘米；陆地上，新的造山带是第四纪新构造运动最剧烈的地区，如阿尔卑斯造山带、喜马拉雅造山带等。地震和火山是新构造运动的表现形式，其中地震集中发生在板块边界和活动断裂带上，如环太平洋地震带、中国郯庐断裂带等；火山也主要分布于此，如中国的五大连池、大同盆地、雷州半岛、海南、腾冲、台湾等地都有在第四纪喷发过的火山分布。

第四纪生物与新近纪相比，生物在分布和组成上都发生了明显的变化。哺乳动物与上新世相比有较大的更替，如欧洲及邻近的亚洲部分现生的119个物种中只有6个能够追溯到上新世。植物界的演化相对缓慢，西北欧的植物约80％在第四纪开始时即已存在。第四纪冰期时，大陆冰盖向南扩展，动植物也随之向南迁移；在间冰期时则向北迁移。冰期和间冰期植被带的移动范围最大可达纬度30°，在地层剖面中，可明显地看到喜冷和喜暖动植物群的交替分布现象。

晚更新世以来的气候变化，直接涉及到现代人的生存环境，以及人类文明的起始和发展，因此受到广泛的关注。晚更新世大约在距今12.6万～1.17万年间，其中末次间冰期（12.6万～7.5万年前）是一个温暖气候阶段，最温暖时温度可比现在高约2～3℃，是近12.6万年以来的全球最暖时期，整体气候状况与全新世（冰后期）相似，表现为海洋表层水温相近，海面稍高，但气候存在很大的不稳定性。而末次冰盛期是最近一次冰盖体积最大、温度最低的时期；同时还发生过一系列全球性或区域性的气候突变事件，以及短期的冷暖交替过程，其中最为强烈的有哈因里奇（Heinrich）、丹斯果-奥什格尔（Dansgaard-Oeschger）和新仙女木事件。这些事件突出反映在格陵兰冰芯、北大西洋的深海岩芯和欧洲、北美沉积物的孢粉记录里，说明它们在北大西洋区域表现最为强烈。自距今1.43万年开始的末次冰盛期向全新世过渡的时期，也称晚冰期，期间气候波动明显，包括最老仙女木期（Oldest Dryas）、博林暖期（Bølling）、老仙女木期（Older Dryas）、阿勒罗得暖期（Allerød）和新仙女木期（Younger Dryas）。

图. 新仙女木事件，发生在1.29万年前，导致了约1200年之久的冰期，使得北美洲大多数大型哺乳动物灭绝和克洛维斯文化的灭亡，并使北美洲后来的文明缺少可以驯化的大型动物，影响深远。一般认为该事件是由于一颗或多颗彗星撞击引起的，伴有大范围森林大火，破坏了北美洲原本的生态系统。

图/Neily Trappman Studio

随着末次冰盛期的结束，冰后期的到来，新石器时代文化、即农业文明于1.2万～1万年前开始逐渐形成。在冰后期之前，人类主要以渔猎和采集活动为主，因此具有强烈的迁徙性，在旧石器时代，人类主要以天然洞穴作为生活休息的场所。到了旧石器时代晚期，人类已由山洞逐渐走向山麓和河谷阶地。在新石器时代，人类开始选择合适的自然环境建造房屋，在居住地周围大多具有水源，有利于渔猎、采集和农耕。人类农耕生产的发展具有一定的同步性，如中国史前稻作农业的发展可大致分为起始阶段（1万年以前的旧石器时代晚期）、发展阶段（1万～7000年前）和成熟阶段（7000年以来）。早期农耕的开展与人类开始选择平坦的区域定居紧密相关，并与陶器的出现相吻合。与此同时，末次冰盛期结束后的全球性气候变暖，使得呈泛热带地区分布的野生作物向北迁移。此外，全新世大暖期的气候条件和人口的增加，也在很大程度上推动了耕作农业的发展。

人类在冰后期的发展创造了灿烂的文化，如旧世界四大文明的摇篮，包括两河流域的美索不达米亚文明、尼罗河流域的古埃及文明、印度河谷的古印度文明以及黄河长江流域的中华文明。其中中华文明最为年轻，且发展于相对独立的环境。中国北边是寒冷空旷的大漠，西部是人迹罕至的青藏高原，南边是山高路陡的热带丛林，而东边则是茫茫大海，在交通落后的远古时代，难以和其他文明进行交流。中华文明在黄河和长江两岸的农业生产中繁盛起来，并且逐步向周边扩散，文明血脉一直相传至今，彰显出强大的生命力。回顾人类生活过的历史，不由得使人产生感悟，人类的命运很大程度上为环境所决定。在工业化、信息化飞速发展的今天，人类改造环境的能力也空前强大。了解地球历史气候的变迁，将有助于我们在遵守自然发展规律的前提下，为我们的家园营造更加绚丽辉煌的明天。

（本文发表于《科学世界》2015年第12期）