重建古氣候的方法與材料

重建古氣候的方法與材料
臺北市立建國高級中學地球科學科葉昭松老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

科學家們為了瞭解未來可能的地球氣候，已經試著建立許多氣候模式，透過改變模式中的各項參數，可以得到氣候變化的結果，如可用於模擬大氣或海洋循環的GCMs（General Circulation Models），當改變GCM中大氣CO2含量時，透過模擬，可以得到地球溫度的變化。

另外從1980年代開始，模式模擬的相關研究亦展開跨學科的計畫，稱為Cooperative Holocene Mapping Project（COHMAP），該計畫主要利用湖水面變化及花粉沈積物的紀錄建立模式，致力於釐清末次冰期至今的氣候變遷原因、影響範圍及結果。各方學者透過地質記錄和模式模擬，希望能重建過去記錄，並進一步預測未來的地球環境，而想由模式得到可信的結果，則需要輸入各種可能影響氣候環境的因子，愈詳盡的資料才能產生愈準確的結果。除了現今的儀器實際觀測資料外，古氣候及古環境留在地層中的紀錄，也都相當珍貴，地質記錄包括不同時間尺度及解析度，例如觀察湖泊沈積物，可推測年際間沈積環境的變化，分析湖泊沈積物中不同生活環境植物所產生的孢粉數量，也可知道當時優勢樹種所代表的氣候型態；觀察樹木年輪，則可得知年際溫度、濕度、太陽照度變化或小冰期紀錄；從兩極冰原取得的冰芯，可以用來觀察過去年際間降雪的變化情形，進一步分析冰芯中封存的氣體，更可以得知過去數千年甚至數萬年以來，大氣中各種氣體比例變化；分析地層中黏土的主要元素或冰磧石沈積，則可推測沈積時的氣候條件，建立板塊運動歷史。

而在古環境研究的範疇中，碳酸鈣沈積物的應用尤其廣泛，材料大致可分為陸地性及海洋性兩類，前者如形成於石灰岩洞穴的鐘乳石；後者則包括海洋中無機沈澱的碳酸鈣膠結物，或生物分泌的碳酸鈣質殼體。利用保留在地層中的化石記錄，科學家們可透過分析種屬分佈情形，重建板塊運動過程，或統計種屬豐度，瞭解過去海洋環境變化。若採取適合的碳酸鈣標本，如鐘乳石、海洋性碳酸鈣膠結物、珊瑚骨骼、有孔蟲殼體、二枚貝類殼體、腕足殼體等，透過分析碳氧同位素，則可推測標本形成時的溫度，進行區域性差異比較，甚至推測全球海洋環流或大氣組成的改變。

參考資料：
Ruddiman, William F., 2007, Earth Climate : Past and Future, W H Freeman & Co.