20230711/安省克劳福德湖被选为“金钉”,或标志新地质时代人类世的开始

(星星生活/捷克佳)位于安省米尔顿的克劳福德湖(Crawford Lake)以其湖水上下层不对流而广为人知。如今,更有幸被科学家选为“金钉”,标志着一个新的地质时代——人类世的开始。周二,一群名为“人类世工作组”的科学家在柏林举行的媒体会议上宣布了这一消息。


【图:游客从安省米尔顿的克劳福德湖岸边眺望水面。科学家们选择加拿大的这个湖作为“金钉”,标志着一个新世代人类世的开始。(Cole Burston/The Canadian Press)】

首先简要普及一下地质知识。地质年代共分为六个时间单位,从大到小依次是宙/元(eon)、代(era)、纪(period)、世(epoch)、期(age)、时 (chron)。它们分别与年代地层学中表示岩层年龄单位的宇、界、系、统、阶、带相对应。

地质年表(geologic time scale)中各个宙/元、代、纪、世、期或时都有自己的名称,用于描述生物在不同地质时空的发展程度,一般以首先研究它们时期岩石的地点来命名。

克劳福德湖是一个相对较小的湖泊,位于多伦多以西约60公里处。该湖位于米尔顿镇外的一个与之同名的保护区内。

“金钉”是显示一个世代结束和另一个世代开始的理想标记——通常是在大规模灭绝或气候变化等重大全球事件发生时。此类事件通常以分层证据的形式可见,例如随着时间的推移沉积的岩石中的化石发生变化。

科学家们为何选择这个湖作为“金钉”,它提供了哪些证据表明人类已经对地球做出了如此巨大的改变,以至于我们可能处于一个新的地质时期。

**什么是世(epoch)?为何科学家们提出一个名为“人类世”的新世代?

CBC报道说,地质学家使用地质年表来测量地球的历史,其正式名称是国际年代地层图(International Chronostratigraphic Chart)。这有点像日历,只不过它被划分为比日、周或月大得多的部分。

如像侏罗纪(Jurassic)和白垩纪(Cretaceous)这样的“时期”长达数千万年,并分为通常长达数百万年的世代。

到目前为止,我们当前的时代一直是新生代第四纪的全新世(Holocene),始于11,700年前最后一个冰河时代末期。

但在包括科学在内的许多领域研究人员和思想家已经在讨论人类对地球产生的巨大影响,包括大规模灭绝和气候变化,这种变化通常标志着世代的开始和结束。

柏林马克斯•普朗克科学史研究所所长于尔根•雷恩 (Jurgen Renn) 教授表示,大约二十年前,诺贝尔奖获得者化学家保罗•克鲁岑 (Paul Crutzen) 普及了这样一种观点,即科学应该认识到人类世(Anthropocene)这一新地质时代的影响。

“克鲁岑表示尽管发生了这些变化,我们不能说我们仍然生活在全新世,”雷恩说。“这不仅仅是气候变化。这不仅仅是生物多样性丧失。这不仅仅是人类移动的沉积物。所有这些都是在一起的。”

他补充说,许多正在进行的变化实际上是不可逆转的,例如世界各地冰川的融化:“已经引发的这些变化只会在未来几十年和几个世纪内展开。”

也就是说,我们正处于一个新世代的说法一直存在争议。

**克劳福德湖来自何方?

国际地层委员会是国际地质科学联盟内的一群地质学家,这是正式决定世代何时开始和结束的科学机构。2009年,它要求由地质学家、古生物学家和其他科学家组成的人类世工作组(Anthropocene Working Group)调查是否有足够的科学证据来支持克鲁岑关于新世代的提议。


【图:从空中鸟瞰被森林包围的梨形湖。克劳福德湖与其表面积相比异常深。这赋予它有助于保存气候、生态和环境记录的品质。(Cole Burston/The Canadian Press)】

该小组的关键工作之一是识别和描述标志着新世代开始的“金钉”(golden spike)。

经过人类世工作组的一系列投票,克劳福德湖从全球12个“金钉”候选者中脱颖而出。

**“金钉”到底是什么?

“金钉”实际上是一个更具技术性的科学术语的昵称:全球边界层型剖面和点(GSSP, global boundary stratotype section and point)。


【图:1935年,克劳福德湖的沉积物核心层显示出明显的白色层,这是大萧条期间的沙尘暴和随之而来的干旱造成的。1950年层含有钚,被认为是人类世时代的开始。(Krysten Serack-Lafond)】

该部分是一系列层(也称为“地层”,这就是它成为“层型”部分的原因),其中有标志着一个世代的结束和下一个世代的开始的大事件(点)的物理证据。

它被选为参考,可用于比较世界其他地区该事件的证据。

**克劳福德湖有什么特别之处?

克劳福德湖是一个相对较小的湖泊,位于多伦多以西约60公里处。 该湖位于米尔顿镇外的一个与之同名的保护区内。 它位于由石灰岩构成的尼亚加拉悬崖上。岩石形成一个容纳湖泊的碗。

公园内有远足小径,还有一座重建的15世纪长屋村。考古发掘显示,13世纪至15世纪期间,数百名Attawonderon人或Wendat人居住在湖岸附近。


【图:克劳福德湖周围的公园设有远足小径,以及重建的 15 世纪长屋村庄。考古发掘显示,13 世纪至 15 世纪期间,数百名 Attawonderon 人或 Wendat 人居住在湖岸附近。(Turgut Yeter/CBC)】

湖本身最宽处不到300米,但就其尺寸而言却非常深——24米,这意味着湖底几乎不会露出水面。

因此,克劳福德湖是分层湖,也就是说,它是一种罕见的湖,底层水不与上层水混合。

安省圣凯瑟琳市布鲁克大学的地球科学教授弗朗辛•麦卡锡(Francine McCarthy)一直在研究这个湖,她说这意味着湖底“与地球的其他部分完全隔离,除了缓慢沉入底部并积聚在沉积物中的部分。”

水中也会发生一些方便的化学反应。还记得它是如何被石灰岩包围的吗?岩石中含有溶解在水中的钙和碳酸盐,但当天气变暖时会在地表水中结晶出来——多少取决于当年的气候。这些晶体以白色层的形式落下,就像树木的年轮一样,在每个夏天留下了痕迹,覆盖了花粉、死亡的微生物、污染颗粒和其他在一年中剩余时间积累的碎片。

它们共同记录了每年的气候、环境和生态状况。由于克劳福德湖沿岸在数百年前就有人类居住,因此科学家也可以比较当时和现在的人类影响。

麦卡锡和她的团队从湖底钻出了称为沉积岩芯的圆柱体,以保存年度层,以便可以在实验室中对其进行检查和测试。


【图:布鲁克大学的弗朗辛•麦卡锡 (Francine McCarthy) 指出克劳福德湖泥芯中的沉积层,显示核武器试验导致全球钚含量激增,这标志着拟议的人类世时代的开始。(Mercury Films Inc./Nick de Pencier cier)

**提议纪念人类世开始的全球活动是什么?

克鲁岑最初提出将19世纪的工业革命视为人类世的开始。

英国莱斯特大学地理学、地质学和环境名誉教授兼人类世工作组项目主席科林•沃特斯 (Colin Waters) 表示,但事实证明,当时工业革命的科学证据大多只在欧洲出现,而在世界其他地区却看不到。

正因为如此,科学家们开始提出,人类世的开始应该以20世纪50年代核武器试验的证据为标志,例如在全世界范围内都可以检测到的放射性钚(plutonium)。

“这是一个非常清晰的标记,”沃特斯说。

但与此同时,化石燃料燃烧的增加、工业化肥的使用以及其他人类影响也留下了明确的科学信号——环境历史学家约翰•麦克尼尔(John McNeill)将其统称为“大加速”。

因此,放射性钚被选为克劳福德湖沉积岩芯中人类世开始的标志。


【图:托盘上装有带有白色盖子的玻璃罐,标有1948年和1960年。每年克劳福德湖沉积岩芯中的样本都放在托盘中,准备进行钚测试。(University of Southampton)】

**人类世为何备受争议?

人类世工作组的成员自己也承认这不是典型的地质划分。

通常,岩石层和化石通常被用作不同时期之间的标记,但在这种情况下,岩石还没有时间沉积。

雷恩说,“当代地质学”是一个新的挑战。“这非常非常不寻常。”

不仅岩石没有时间形成,而且被测量和参考的材料和信号,例如钚和微塑料,都是非常新的,与过去不同。


【图:1952年,第一次氢弹试验的蘑菇云“常春藤迈克”出现在太平洋上空。钚在世界各地都可以检测到,但并不是地质时间尺度中常用的物质之一。(路透社)】

但一些研究人员认为,现在称其为新世代还为时过早。

阿尔伯塔大学教授、北美地层命名委员会成员约翰-保罗•佐内维尔德(John-Paul Zonneveld)承认,人类已经做出了巨大的改变,并在地球上留下了永久的印记,但他说,他觉得“我们正处于事件的中间。我们还没有进入新的时间阶段。”

多伦多大学地理学和地球科学教授约瑟夫•德洛格斯(Joseph Deloges)没有参与人类世工作组,他也有类似的观点,并表示这是一个挑战。

“无论你试图用人类世来定义什么,都意味着它会随着你的发展而发生变化。所以有些人会认为这不是命名法的目的,”他说。

他补充说,虽然气候变化相当剧烈,但它可能还无法与小行星撞击等规模事件相匹配,这些事件在地质时间尺度上迎来了其他一些新的时期:“有些人会说,就这场灾难而言,我们还没有完全做到这一点。”

**人类世仍然只是一个提议。需要发生什么才能成为一个真正的世代?

人类世工作组仍需要从其他八个地点中拿出一个“辅助”GSSP。然后,该提案还需要以超过60%的“绝对多数”再多三票,其中一票来自国际地层委员会,最后一票来自国际地质科学联盟。

“你知道,这是一个非常保守的过程,”沃特斯(Waters)说,“这可能是有充分理由的,因为如果没有非常有力的证据,你就不想建立该单位的正式化。”

他补充说,地质学界也有可能认为人类世只是全新世内的一个新阶段(继4,200年前开始的梅加拉扬Meghalayan时期之后),而其本身并不是一个新世代。

无论如何,人类世工作组希望能够在2024年8月在韩国釜山举行的国际地质大会上及时做出决定。