古氣候是現代和未來氣候環境變化的重要參照系，古氣候研究與全球變化研究聯系密切，是當今研究熱點之一。

       人們關注日常的風云變幻，也對遙遠年代地球氣候變遷遺留的痕跡產生興趣。在諸多關于古氣候的研究中，北京大學物理學院大氣與海洋科學系教授胡永云的探究頗具前瞻性，“一般很多人談到古氣候研究，是在近幾千年乃至幾萬年范圍內的研究，但這不是我們的研究范疇。我關心的是一些原始生命產生和演化時期的遠古地球氣候環境。”

       在大約6億年到7億年前的新元古代，地球曾經歷了數次嚴重的冰川時期，至少有兩次是全球性的冰川，地球完全被冰雪所覆蓋而成為了一個“冰雪地球”。什么誘發了這種全球性的冰川期？又是什么導致了它的融化？新元古代時期的極端氣候變化對當時生命的演化以及其后的寒武紀生命大爆發有何影響？

       “人類出現在約300萬年前；2.25億年至6500萬年前則是恐龍稱霸全球的時代；約5億4千萬年前的寒武紀生命大爆發之后才有動物出現；此前的近30多億年間，地球上的原始生命是以簡單的真核細胞的形式存在的。”胡永云將時間坐標拉回到數億年前，“5億4千年之后氧氣含量急劇增高，有利于復雜生命出現和發展。生命在氣候環境里生存，第一個條件是適當的溫度，第二個條件是大氣成分比如氧氣含量。而在7億年前，氧氣含量大約只占空氣的1%到2%，當時不適合很復雜的生命生存。”

        人們關心氣候環境變化及其變化原因，一個重要目的就是要了解未來會發生什么。

       “理解地球45億年來的氣候環境是如何演化的對理解地球上生命演化有重要的意義。比如哪個時段的氣候環境更適合生命存在、氣候環境的變化對生命演化的作用、氣候變化又是如何限制生命發展的，這些問題都涉及到如何理解地球氣候的演化，需要重建地球遠古氣候。”胡永云舉例說，“比如地球大氣早期并沒有氧，需要氧氣的生命不可能存在，那時只有厭氧生命，后來產生了氧氣，但濃度不高，因此不可能產生比較復雜的生命。只有氧氣濃度高到現在的程度，才會有比較高級的生命體。大氣中氧氣含量有兩次迅速升高，一次發生在23億年前，另一次發生在大約6億至7億年前，這兩個時段，地球都經歷了極端寒冷的‘冰雪地球’事件。這些是我們研究的目的和意義所在。”

       地球上儀器觀測的氣候記錄，最長不過二三百年。時期愈早，古氣候記錄愈少，很多時候我們甚至無法對當時的氣候環境進行想象。胡永云通過利用氣候模式對各種可能的外部強迫進行數值模擬試驗，來搞清楚“冰雪地球”形成和融化的機制等，他似乎更樂于挑戰這些高難度的問題。

        “‘冰雪地球’的形成意味著大氣的溫室效應應該很低，也就是溫室氣體含量很少，而冰雪地球的融化則需要很高的溫室氣體濃度，那么溫室氣體要低到什么程度和高到什么程度？”胡永云告訴記者，根據他們最新的研究結果是大氣中的二氧化碳濃度需要降低到20ppm（1ppm表示每100萬個干燥空氣分子中有1個溫室氣體分子）才能導致“冰雪地球”形成，而融化“冰雪地球”需要大氣中的二氧化碳升高到0.4個大氣壓。

       “當‘冰雪地球’融化之后，高濃度二氧化碳不會馬上通過風化反應沉降到地面，還會在大氣里停留上百萬年的時間，加上水汽的濃度也很高，溫室效應很強，溫度可能極高，我們的模擬結果表明，在0.4個大氣壓的二氧化碳的作用下，陸地表面溫度可高達80℃到90℃，海洋表面溫度也將高達70℃。我們知道，如果把水煮到70℃，很多有機體都會死亡，特別炎熱的氣候對生命也是極端的考驗。當時的生命如何度過這種極端寒冷和極端炎熱的氣候環境，也是我們思考的問題。”對這些問題的研究還涉及到當時的大陸分布和太陽的輻射強度等，如當時的陸地主要在熱帶，而不是像現在主要分布在北半球中高緯度；當時的太陽輻射比現在的弱，大約是現在的94%。

        “科學的本質是要理解或解釋自然現象，并不是做了就馬上可以應用到日常生活中去，科學與技術是有一定距離的。但是慢慢地，這些研究會體現出它們的價值。如果科學研究太強調其應用性或需求性的東西，很可能就會在其基礎性和前沿性上有所失。”胡永云說，“科學研究的最高境界是認識自然、發現規律，需強調原創能力，只有這樣，才有可能走到科學的前列。”(完)