虽然几乎所有的人都想知道在一个固定区域,再过几天和几星期后等待着他们的是什么样的天气。我们的主要课题是气象,研究特殊地区甚至整个星球长期以来流行的天气之最重要的特征。最有意义的是气象,而不是任何其他的因素,即地球上曾经出现过的生命形式和进化。
古代气象学,是研究迄今为止以往任何年代的全球性气象学科,它与制订管制气象变化的法律有直接的关系。这项工作的重要意义是显而易见的:没有一个人会对我们星球的未来漠不关心。而地球昔日的气象对未来、对控制你所希望的自然过程,和对我们文明社会的无数生灵都起着关键性作用。
在地壳和星球壳层状态下(大气层、地球水面等),全球性的气象变化与地球岩块厚度相关。仅仅一项综合性的研究,就能使科学家们重写世界气象的历史,太阳的进化和作为一个整体的太阳系有规则的形成,有利于弄清造成今天这样的地球天气的主要原因并推导出地球气象的未来进化。
古代气象学在近10年或16年的研究方面,取得了相当大的进展。最近的研究涉及到经济活动对气象的影响,苏联科学院荣誉院士M · 布迪库提出一种计算气象变化的新方法,并构画出一幅一百年气候状况的超前预测图,根据他的观点,世界气候正在急剧变暖。在苏联科学院海洋开发技术研究所,科学院荣誉院士A · 莫宁和尤 · 希谢可夫等,曾经做过一种尝试,首次推出一种普通气象学理论,该理论同样也是建立在过去地质时期数据基础上的。此外,莫宁做出他的大气层 - 海洋 - 大陆相互关系的分析,也是以近代气象学数学模型为基础的。
最富有价值的著名系列丛书,应推举N · 亚萨曼诺夫的专题论文集。他的专著堪称一个融极广泛的知识为一体的综合性信息库,吸纳了异常错综复杂的诸多课题。作者论述了最早的地质时期,其中包括当时仅有的原始有机生命的前寒武纪(2.7亿年以前)——我们星球存在着的最简单的细菌和海藻。但早在那个年代,水成岩层——地球较年轻的历史印迹——就已淤积在大洋和海水、池塘和湖泊中了。
亚萨曼诺夫多年来一直在研究古代气象学,特别是苏联欧洲的版图、乌拉尔南部地区、西西伯利亚、哈萨克和外贝加尔地区的中世代和新生代(跨越240兆年之前与近代之间的时期)的地理和气象特征。但他的主要目的,不是按传统的方式去描述气象和那里的地理状况,而是根据植物和动物生命的进化与分布,对岩石沉淀和岩石风化结果进行一种分析,也就是说,为重新构画古代气象的概貌而寻找一种方法。
太阳辐射与大陆 - 海洋 - 大气层 - 生物圈体系间相互作用的机理在若干兆年之前就被认为是现在这个样子,而且是造成星球气候现状的主要原因。海洋与大气层发生关系的因素,使气候条件受到以下的影响:气温、气压、空气密度和迁移率、水质以及活性物的浓度(海水中的盐、大气层中的水蒸气、二氧化碳、臭氧和悬浮微粒)。在这一点上,新世代毫无例外。
我们的星球对于超出这些因素正常特性的任何变化都是极其敏感的。在使水体底部层次分明的水成岩化学结构中,任何东西冒上去都适合直接记录下来。尽管这样,但重要的仍是沉淀率。作者的结论,即可以根据水成岩及其地理化学特征,推导出大气层沉淀物的温度和标准,而过去的气象则是主要的指示器。因为有关地质史中所记载的史前植物、动物分布的表面特点和区域资料表明,结实植物和残存的化石动物呈岩层形态——只能通过再现远古时期发生的事情才能为分析研究提供线索,所以,作出的这一分析性结论更趋完善和简明易懂。
某些岩石和矿物以及植物和动物,只能在一定的气象环境下才能起源和进化。在与右沙丘斜面平行的巨大交错层红沙石中,存在盐、石膏和酸酐(脱水矿石)。常常能在潮湿的热带地区,找到粘土、高岭土、埃洛石、铝土矿、磷钙土和某些类型的铁矿。古代冰碛层是表面冰川作用的佐证。
某些种类的有机体生命,只能在一个狭窄的温度区内存在。在海洋动物中,热带地域的珊瑚和栖息在冷水中生有硅质贝壳的各类无脊椎动物就很典型。在热带和干燥气候下,某些巨大的爬行动物有自己的栖息地,但生活在热带的其他动物(如恐龙)则是靠巨大的羊齿植物和一种叫“木贼”的植物来维持生命的。
确定古代海洋和淡水池塘水温之专门技术,目前已广泛地应用,因为气候的重建不是一个简单的问题,所以在不具备这方面数据时,可考虑这一技术的可靠性,例如,在海水中保存的碳化了的海贝,储存氧的重(O18)和轻(O16)同位素。同位素的比率取决于水的温度。这意味着,给定的初级同位素合成物被保存在贝壳化石和骨骼中了,由此有可能推导出史前大海和大洋——各种动物的栖息地中普遍存在的温度。
另一重要的标识是贝壳的镁和钙含量,这种含量直接取决于贝壳周围的温度。因为不同的深度海水温度也不同,所以,这些元素量能指示上述所讨论的化石动物之栖息地的海洋深度和温度。
在确定古代气温时,亚萨曼诺夫也证明了锶分析的重要性和现实性。这一技术是建立在贝壳化石中钙与锶不同比率基础上的。他曾经指出,一个低于100的比值表示热带气候的特征,而一个超出500的比值则表示温带气候的特征。直到现在,仍然采用这种唯一的方法建立淡水区域(河川、湖泊、池塘)的温度图。这些水区是由无机矿物构成(CaCO3)的具有体外骨骼的软体动物的栖息地。
为全面、综合性应用古代气象学的研究成果,科学家们重新构画了早期的气候,并建立了从晚期的前寒武纪(约从2.7兆年前开始)直到我们的现在,调节整个古远的地质年代之气象变化的某些一般性的定律。实践中,作者引证了所有的现存有关资料。实际上,最早时期的地质年代是相当粗略的,仅仅说明现有的研究方法不那么理想而已,地球的地质记录不那么完善,以往久远的过去记录的踪迹被以后的证据渐渐给弄模糊了。作者论述的主要结论是,从远古的地质年代到我们的今天,星球的气象特征是不稳定的。
亚萨曼诺夫是第一位根据温度曲线重新构画地球古气象的人,并以大约600兆年为一个周期,描述星球表面热流图的演变。在由阿卡德 · A · 扬什金和苏联科学院荣誉院士M · 布迪库及A · 罗诺夫创立的大气层化学结构中,数据与变化之间的相关性业已明确指出这些因素之间直接的相互关系。气候变化的主要原因很可能是导致气候周期性变冷的大气层大量的二氧化碳周期性减少所致。
最近某些发见物证实,空气的二氧化碳含量直接取决于不时以一种不定的规模增加的火山活动。也就是说,在丝毫测不到影响星球表面情况的条件下,这些事件就在地球的内部发生。
实际上,在最近600兆年期间,已确定地球上远不止一次发生冰川现象。这是许多有生命的动植物灭绝的时期,是星球的生物圈经过某种程度重新组建的时期。在冰川4用期间,中间和低纬度的气温减少2 ~ 6°C,高津度的气温减少8 ~ 10°C。这一过程始终随着整个气象带和气象区域中的表面特征变化而变化。
毫无疑问,星球内部的事件不是造成气象变化的唯一原因。宇宙因素也是绝对重要的。特别是,地球行星在太阳系的位置,行星轴的斜度,在行星轴上行星的旋转速度,绕着太阳的旋转以及巨大陨石的坠落。
大气层总的化学成分的演变,大陆地壳纵、横运动的自然状态,也是不容忽视的重要因素。
作者并没有详尽地分析气象对近代人类活动的影响,仍然计算了能够对不远的将来星球气候产生影响的最重要的因数,换句话说,矿物燃料发电的增长率,大气层二氧化碳的增长量,空气中悬浮颗粒浓度的变量都是最重要的因数。据计算结果和近100年来观测的数据推算:到2000年,地球温度将增加0.5°C;到2025年、将增加4 ~ 5°C。其结果是容易预见到的:气温变暖将造成冰川融化,海洋水平面的上升将导致浩瀚的良田被吞没。
展望更为遥远的将来可以看出,星球位置在太空中的未来变化,(根据计算)再过整整一万至一万五千年,星球位置将在太空中逐渐增高,会使气候戏剧性时变冷。覆盖地球表面的冰川将是相当厉害的,虽然最近时期的冰川的规模还比较小。作者的结论是,由于宇宙因素的作用,变冷现象看来似乎将每隔5万和9万年重复一次,而且这种变冷将日益强烈,从现在起一兆年后,如果没有人在自然界进行活动干扰的话,我们的星球将变得完全冰川化。
这种状况由M · 布迪库建立了模型,根据模型的假设,火山活动将逐渐平息,当二氧化碳的释放进入大气层时,正如近年来已经不断减少那样,二氧化碳也将减少。但必须指出的是,地质活动的爆发是经常性的,其次,作为人类经济活动的一种后果,二氧化碳的增强性释放将最有可能将第一次冰川作用推迟千分之十年,也将最有可能将一次完整的冰川现象彻底消除。
根据大陆漂流理论,这部著作也涉及到与重新构画地球过去而相关的古气象学史料问题。尽管给定的主题没有顾及到相关的内容而仅仅是一个粗略的论述。
[Science in the USSR,1989年1~2期]