如何通過時間旅行研究氣候

【編者按】

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

指南的兩位作者是德國的兩位科普作家，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，將時空旅行目的地的細節(jié)和注意事項煞有介事地告訴我們這些做白日夢的麻瓜。本文摘自《時空漫游指南：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。

《時空漫游指南：回到過去的旅行和生存建議》書封

時間旅行者若有意研究氣候，可活動的范圍十分廣泛。地球有45億年的歷史。在其中近45億年的時間里完全無法直接測量溫度，時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量數(shù)據(jù)與太陽活動、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世紀下半葉開始的全球變暖進程，尤為依賴這些數(shù)據(jù)。

1850年以前，所有的溫度統(tǒng)計數(shù)據(jù)都是零散的。只有在歐洲、北美洲和東亞有著長期的溫度測量記錄。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)。目前人們在這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氣溫，比如樹的年輪、珊瑚礁和南極冰層。然而解讀并校準這些間接的方法并不容易。在這方面，時空穿梭機可以發(fā)揮作用，填補數(shù)據(jù)庫中的關(guān)鍵空白。

溫度計價格不貴，顯示溫度也很快，而且無論你穿越到多久以前，天氣永遠存在。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溫度計，而是多買幾個以不同原理測溫的溫度計。如今的專業(yè)氣象站開展工作用的是電子溫度計，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，無論如何你都應(yīng)該再帶一個堅固耐用的設(shè)備，比如水銀或酒精柱的溫度計。

我們建議你在踏上時間旅行之前，先將每個溫度計觀察一段時間，并把測量結(jié)果進行比較。這樣你就能發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否有系統(tǒng)性的錯誤，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量值的偏差，提升可信度。如果溫度計的誤差超過了一度，就沒有用了，至少在過去的一百年里沒有用，因為歷史上的測量結(jié)果比這更準確。如果你要去的是更久遠的過去，較大的誤差就可以接受了，因為當(dāng)時存在的溫度測量記錄與估測結(jié)果都沒那么精確。

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

更優(yōu)越的監(jiān)測地點是位于上奧地利州的克雷姆斯明斯特天文臺，自1762年以來，天文臺每天都會在同一地點測量氣溫。天文臺有座50米高的觀測塔，在開始測量氣溫之前幾年就已經(jīng)建成，因此十分好找。那些走得更遠的人則應(yīng)該到英國看看：史上最長的連續(xù)氣溫監(jiān)測記錄是“英格蘭中部氣溫”(CET)。測量始于1659年，最初只是不定期地進行測量，有時不是在室外，而是在沒有暖氣的房間里測量。自1772年以來，英國的幾個監(jiān)測站每天都會測量室外氣溫。溫度是人類歷史上最常被測量或預(yù)估的參數(shù)之一，僅次于對時間的記錄。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。唯一的問題在于對方采用的是什么單位。

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

19世紀末，人們才意識到溫度計應(yīng)該避免風(fēng)吹或陽光直射，而且不應(yīng)直接安裝在地面上，否則測量結(jié)果就會出錯。沿用至今的白色百葉箱的設(shè)計就起源于這個時期，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做任何保護措施，其測量數(shù)據(jù)的可信度就比較有限。

總體看來，對氣候感興趣的時間旅行者需要注意兩件事：如果你想測試自己的設(shè)備，最好不要穿越到一百年前及之前的時期，因為那時還不存在簡單易行的溫度測量的對比方式。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。他們兩個當(dāng)然都有自己的看法，只是他們的看法對你并沒有幫助。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期，就算你哪兒也不去，只待在工業(yè)化國家，也可以為科學(xué)服務(wù)。

抵達過去之后，無論你在哪個時代，都應(yīng)該像此前提到的那樣把溫度計放在蔽陰處，詳細記錄一天中的溫度、日期、地點、時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。請注意確保沒有動物或者人亂動儀器，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。

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

單獨的一次測溫是沒用的。一天之內(nèi)溫度上下波動幾度的情況并不罕見，每個在春天曾經(jīng)歷過暴風(fēng)雪的人都可以證實這一點。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得到的地球溫度在過去1000萬年中的變化還不到10℃。在過去的1萬年里，其變化甚至不到2℃。

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

測溫期的選擇也很重要。就地球歷史而言，過去的1萬年相對較為平淡。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，在這一時期之前持續(xù)了250萬年的更新世中，地球的溫度總在瘋狂地上躥下跳(有關(guān)這一時代的更多信息請參考《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。

如果穿越到更久遠的時代，大多數(shù)情況下你會發(fā)現(xiàn)當(dāng)時的氣溫比今天更高。古新世和始新世的最后一個間冰期，是地球上最適合對氣候感興趣的時間旅行者的時期。這一時期處于幾次小行星劇烈撞擊地球事件之間，從距今約6600萬年的?？颂K魯伯隕石撞擊事件開始(請參考《大大小小的世界末日》一章)，到3000萬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℃。

自那以后就再沒有這么暖和過，而且很可能要到2200年才會再次達到這樣的溫度。在溫暖時期進行實地考察也很有意義，因為大氣中含有足夠的氧氣供人呼吸，恐龍或其他可能有興趣吃掉時間旅行者的動物暫時尚未出現(xiàn)。大型哺乳動物十分罕見。在北極地區(qū)會有鱷魚、海龜?shù)葎游?不過你千萬不要以為自己能拍到鱷魚趴在浮冰上的壯觀照片，因為在這個時代冰當(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展迅速的時代。名字很長的“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5550萬年以前。在很短的時間內(nèi)，全球氣溫上升了5-8℃，然后同樣迅速地再次變冷。整個驚人的變化過程只持續(xù)了20萬年。根據(jù)現(xiàn)在的推測，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，會將能量保留在大氣層，而不是逸散到太空中，因此氣候會變暖。在古新世-始新世極熱事件期間，每年會產(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沒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5360萬年前，有一個與之非常類似但速度稍慢的時期，也就是始新世極熱事件2(ETM-2)，它有個更好記的名字叫做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，即這個時代在海洋中形成的一個沉積層)。同樣地，大量碳進入大氣層，溫度再次迅速上升。然而僅僅過了幾百萬年，截然不同的景象出現(xiàn)了，這就是“滿江紅事件”：據(jù)推測，此時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。滿江紅迅速繁殖，并在這個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，如今人們在北極地區(qū)的這些地點尋找石油。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令大氣、氣候、植被和動物發(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，生物進化的速度就跟不上它了。生物沒有足夠的時間進行自然的適應(yīng)過程，其結(jié)果將是植物和動物物種大規(guī)模滅絕，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生劇烈動蕩。

時間旅行者應(yīng)該準備好遭遇意外情況。你必須拋開先入為主的想法，包括季節(jié)、溫度、植物、動物以及與之相關(guān)的旅行計劃。相反地，你要隨機應(yīng)變，并努力做好萬全的準備。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)對意料之外的濕地。

對于攜帶溫度計出行的時間旅行者來說，古新世-始新世極熱事件、Elmo事件和滿江紅事件的監(jiān)測成果唾手可得。你所要做的就是在事件即將發(fā)生時建立幾座氣象監(jiān)測點，避開陽光直射和大風(fēng)，這些監(jiān)測點最好分布在不同的大陸上，然后在幾千年內(nèi)定期測量溫度，也許是每天一次，同時仔細觀察環(huán)境并記錄變化。假設(shè)測量一次溫度需要幾分鐘，時間旅行持續(xù)的時間忽略不計，假設(shè)每周工作40個小時，那么這整個任務(wù)會產(chǎn)生幾百年的工作量。對一個人來說這個工作量確實太大了，不過如果有一支高效的團隊，哪怕團隊里只有一百名時間旅行者，也可以在短短幾年內(nèi)得到一套真正無與倫比的系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。遺憾的是諾貝爾獎中沒有溫度監(jiān)測這一項，如果有的話，這些人肯定值得一個諾貝爾獎。