海藻天然的“雨量计”
2021-08-23 探索34
气象学家在研究一个地区气候变迁的时候，遇到一个大难题；他们无法确切知道该地区古代的降水量，因为古代可没有专职的气象部门，负责观察天气、测量降水，并做记录。
没料到他们后来发现，古人的这一疏忽竟被大自然巧妙地弥补了。造化之神功早已为后人准备了一支天然的“雨量计”，有了它，我们可以测出历史上几百，甚至上千年前的降水量。
这支“雨量计”就是海藻。
“性格”相似又有别的氢同位素
海藻是生活在海洋或者淡水湖泊中、门类广泛的水草的总称，包括我们熟悉的海带、紫菜和水绵。这些藻类可以通过光合作用合成脂类物质，其脂质中的氢元素则来自它们生活其中的海水或湖水。
氢元素在自然界有三种稳定同位素，分别叫氕、氘、氚。氕其实就是普通的氢，原子核里只有1个质子，由它和氧元素组成的水就是普通水，也叫轻水；氘原子核里含有1个质子、1个中子，几乎是氕原子核的2倍重，由它和氧元素组成的水叫重水；氚原子核更重，含有1个质子和2个中子，由它和氧元素组成的水叫超重水。重水和超重水是核聚变的主要原料。
在自然界，超过99.98%的氢元素都是氕；氘只占0.015%；氚更少，在下面的讨论中我们可以忽略。在常温下，轻水容易蒸发，蒸发之后形成降雨、降雪又返回地面，而重水却不容易蒸发。因此在降雨和降雪中，基本上不含重水。
虽然氕和氘的物理性质不同，但因为它们是同位素，化学性质却是完全相同的，所以在一个水域，水里的氕/氘原子数比例和有机物中的比例应该一致。这是因为，这些氢元素最终都可以追溯到水中的氕和氘，它们经过一系列生物化学反应，被合成到有机物中去了，而化学反应对同一种元素的所有同位素是一视同仁的。
正是“降水里不含氘”和“有机物上所含氕/氘比例应与它生活的水域氕/氘比例一致”这两点，为用海藻测量古代的年降水量提供了科学依据。
古代降水量的信息哪里藏
海藻的生长范围广，几乎有水的地方就有海藻。当它们死后，就沉入水底；除了脂类物质，其身上的其他有机成分都被微生物降解了；而脂类物质降解缓慢，一般需要上千年，于是混入淤泥，成为水底沉积物的一种组分。
假如我们在所研究地区找到一个封闭的，既没有进口也没有出口的湖泊，那里的重水既不会蒸发，也不会流入和流出，所以湖泊里氘原子的总量应该在任何年代都大致保持不变。这样一来可以推算，该水域中氕/氘比例跟当地的降水量呈线性关系（见超级链接）。有了这个关系，如果再知道了古代湖水中的氕/氘比例，就可以反推出当时的降水量了。
那么如何知道古代湖水中的氕/氘比例呢？对了，这个信息就藏在湖底淤泥里由古代海藻死后留下的脂质中。我们只要从湖底钻取沉积物，取出其中一很薄的切片（保证这些沉积物是同一时代形成的），分析其脂质中的氕/氘比例，我们就可以获知当时湖水中的氕/氘比例；把这个数据代入降水量与氕/氘比例的线性关系，就可以得到古代的降水量。
但还有一个问题，我们怎么知道这块切片形成的年代呢？这需要利用另一项同位素技术，即碳-14测年法来完成。这是一项考古学上很常用的技术，这里就不介绍了。
这两项技术一结合，气候学家就可以重建该地区历史上各个时期的降水量了。利用海藻这支天然的“雨量计”，气候学家近年来重建了赤道地区近1200年来降水量的变化历史。他们吃惊地发现，在过去400年间，由于全球气候变暖，热带地区的降雨带在纬度上向北移动了5度，大约550千米。这说明温室效应的小幅度增加，就能够从根本上改变热带地区的降雨。随着大气温度的持续变暖，他们预测，到2100年降雨带还将继续向北移动5度。那时候，现在雨量充沛的某些热带地区将面临干旱的威胁；某些热带的作物和水果，如咖啡和香蕉等，将严重减产。
他们的工作再一次为气候变暖拉响了警报。别忘了，这里有一份海藻的贡献。
谢选骏指出：海藻能敌得过人类的纵欲吗？
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