大約4.4億年前奧陶紀末期,當環繞世界的冰蓋來臨時,只有少數筆石物種在大滅絕中倖存下來。筆石的名字意為“岩石上書寫”,是微小的動物,生活在被稱為萼狀體的微小杯狀結構組成的群體中。筆石共同建造了許多萼狀體,形成一個分支結構,然後在古代海洋中漂流,因此可以在世界各地特定年代的沉積岩中找到它們。它們的突兀地質消失使它們成為標記奧陶紀末期的完美化石,至少像萊斯特大學的地質學家揚·扎拉謝維奇這樣認為,他一生的大部分時間都在研究這些早已消失的動物留下的美麗形狀。
在蘇格蘭莫法特村外的一處巖壁中隱藏著一個金釘子,它標誌著奧陶紀的結束,以這些筆石倖存者——Akidograptus ascensus 和 Parakidograptus acuminatus(它們的學名)——的出現為標誌。它不是真正的金釘子,而是一條顏色較深的頁岩線,以及這些筆石作為所謂的標準化石的重要性標誌:無論在哪裡發現這樣的化石,地質學家都可以確定這些岩石是某個特定年代的。
扎拉謝維奇現在認為他已經找到了人類世(或稱人為世,因智人對世界產生了改變性影響而得名的新紀元)的完美標誌。這要歸功於一些不尋常的同位素,它有一個相當精確的開始日期:1945年7月16日,凌晨5點29分,新墨西哥沙漠的黎明前。那時,美國科學家引爆了世界上第一顆原子彈,人類引發的放射性同位素時鐘開始滴答作響。
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所討論的三種同位素是銫 137 和鈽 239 和 240,它們需要數千年或更長時間才能衰變。已知沒有天然來源的銫 137。由於隨後在全球範圍內引爆了數百枚此類武器,在遙遠的未來,仍然會存在大量的這些同位素。就像幫助結束大約 6500 萬年前的白堊紀,並可能也結束了恐龍統治的隕石一樣,核爆炸可能為未來的地質學家標記出地球歷史的轉折點。
生物學、磁性和同位素化學是地質學家通常用來講述深層時間變遷故事的標誌,無論是奧陶紀還是人類世(後者只是第四紀的一小部分,第四紀始於 250 多萬年前,在西西里島有其自身的金釘子)。持久存在的同位素也將講述充滿二氧化碳的天空的故事,這是由燃燒化石燃料造成的。這種人類習慣已經使大氣二氧化碳濃度偏移了超過百萬分之 100,這通常是行星被冰雪覆蓋和人類文明得以發展的更溫和氣候之間的濃度偏移。
這絕不是唯一的改變。氮已經被從空氣中提取出來,變成植物的食物,並最終變成更多的人——行星系統中迴圈的氮量增加了一倍。落基山脈天空池塘中的沉積物表明,大約在 1950 年,氮開始湧入湖泊,這是一個至少 14,000 年來前所未有的事件,這種同位素記錄也可能有一個非常精確的開始日期:1909 年 7 月 2 日,當時弗裡茨·哈伯在德國首次演示瞭如何從空氣中製造氨。
在格陵蘭島,冰芯中的鉛同位素揭示了大約 2000 年前西班牙羅馬冶煉廠造成的鉛汙染記錄。然而,在 20 世紀,隨著汽油中新增這種元素,冰記錄中的鉛含量真正開始飆升。最近,中國的燃煤電廠在鉛汙染方面佔據領先地位。
正如羅馬人的遺蹟所表明的那樣,人類留下印記已經有相當長一段時間了,如果不是在 20 世紀中期之前在所有地方都留下印記的話,那時有些人將這段時期稱為“大加速”。因此,“炸彈”並不是新紀元開始的唯一提議。
人類紀元的曙光?:武器試驗產生的銫和鈽將持續數百萬年,為新的全球性影響的岩石記錄提供證據。這就是扎拉謝維奇等人認為人類世應該從這個“金釘子”開始算起的原因——這是在世界各地都可以找到的岩石中的清晰記錄。
大氣層試驗的結束可能導致這些放射性同位素的炸彈曲線下降,但這並沒有阻止地質規模的影響,例如直到 1990 年代才停止的地下原子彈爆炸產生的深成岩體。這些位於炸彈試驗放射性熔核之上的破碎岩石堆可能綿延數百米,熔化的岩石量相當於一座中型火山。
概述:另一種選擇是,人類世始於人們首次意識到全球人類影響之時,這一事件通常與首次全面審視地球有關,這首先是由人造衛星之後的衛星提供的。不久之後,宇航員也加入了全地球成像的行列。
碳難題:未來的岩石記錄將揭示大約 1800 年後化石燃料的空缺。那時,由煤炭驅動的新型蒸汽機允許更多地生產骯髒的黑色岩石,然後這些岩石又驅動了更多的新型蒸汽機,並開啟了工業革命——以及氣候變化問題。而氣候變化,如從冰冷的更新世世界到夏季般的全新世氣候的轉變,標誌著地質記錄中的一些過去轉變。煤炭燃燒飄到世界各地的獨特球形磁性礦物可以在泥炭沼澤到湖泊沉積物中找到,並可能為未來的地質學家提供這種碳燃燒的記錄。
擾動的土壤:另一項提議將人類世的開始定為全球範圍內廣泛創造人類影響土壤的時期,稱為“考古圈”,它是廢物、古代基礎設施、耕地和其他奇特事物的獨特混合體,深度可達數十米。這不會在全球範圍內建立同步的地質記錄,但考古圈可能反映出人類世即使在今天也沒有均勻分佈的現實,並且從未來 1 億年的角度來看,這一切可能都看起來像一個地質瞬間。這個想法大約在一個世紀前開始醞釀,當時俄羅斯地球化學家弗拉基米爾·維爾納茨基提出,人類對土壤的改變構成了“地質歷史上的新現象”。
古代甲烷:一些科學家認為人類世可以追溯到至少 10,000 年前的大規模農業的開始。亞洲沼澤水稻種植產生的甲烷可能在 6000 年前左右真正啟動了這一程序,並且部分原因是維持了全新世的夏季般氣候。未來的地質學家還將在沉積物巖芯和其他記錄中發現從樹木花粉到草本植物花粉(尤其是玉米)的穩定轉變,因為農業逐漸成為人類活動的主導。這個想法可能會取代全新世,並用人類世取而代之。
大滅絕:一些人認為,早在 40,000 年前就開始的大型哺乳動物的廣泛滅絕,應該被認為是任何人類引發的紀元的起點。如果再加上對火的掌握,這將使人類世至少有 13,000 年的歷史,甚至可能超過 100,000 年的歷史。
扎拉謝維奇是一位地質學家,他對 10,000 年後會留下什麼進行了一些思考。當然,城市、塑膠以及數百萬個化石燃料井和礦山的某些記錄將作為他所說的技術化石而持續存在。大氣中二氧化碳的濃度可能仍然會因過去幾十年燃燒所有化石燃料而產生的排放而失衡。在一百萬年後,除非發生深刻的轉變,否則氣候應該已經恢復到其自然節律,但任何被海平面上升埋在沉積物中的城市都應該仍然儲存完好,連同那些人為擾動的跡象,即人類引起的地下擾動,如地下核彈爆炸產生的深成岩體。這些可以儲存 1000 萬甚至 1 億年,或者直到板塊構造將它們抬升回地表,並將這些地層暴露在雨水中,雨水會非常緩慢地侵蝕掉這些跡象。可以肯定的是,在遙遠的未來,即使是金字塔或拉什莫爾山等石頭建築也會被抹去,當代人類製造的任何東西都不會留在地表,儘管塑膠物體的精細印記,比如一張黑膠唱片,可能像蕨類植物的葉狀體一樣在岩石中清晰可見——甚至可能可以收聽。
深層時間
地質時間尺度——通常的深層時間,如宇宙本身的年齡——可能是人類思維最難掌握的科學概念之一。我們人類一代人的時間跨度約為 25 年,與一個以數十億年為單位衡量年齡的星球不相稱。
一萬年是今天的人們與那些居住在土耳其恰塔爾霍裕克的人們之間的全部距離,這是一座泥磚房屋的門在屋頂上的城市。居民們似乎痴迷於豹子,睡在自己祖先的墳墓上,偶爾會保留頭骨作為紀念品。在遙遠的未來,是否有人會理解記錄人類世這一概念的二進位制程式碼和羅馬字母的英文潦草字跡?羅塞塔石碑是解開僅僅 5000 年前的象形文字之謎所必需的,而世界對於理解古代人科動物在數十萬年前留下的劃痕標記仍然毫無頭緒。一百萬年前,智人還不存在,我們的人科祖先在非洲大草原上游蕩,也許僅此而已,人口爆炸仍然遙遙無期。
從地質時間的長期來看,全新世,或“全新”,已經很特殊,是冰冷星球時期之間唯一被賦予自身紀元的夏季跨度。它也是至少在過去 40 萬年最近的冰期和溫暖時期之間的搖擺中,全球氣候和海平面最穩定的時期。它也是過去 5.42 億年地質記錄中唯一從“現在”定義的紀元。它是公元 2000 年前 11,703 個冰層年。這轉化為格陵蘭島地表以下約 1,492 米的深度,並以其自身的同位素變化為標誌,這要歸功於所有融化的冰。
如果人類世的金釘子結果證明是廣泛的燃燒或農業,兩者都佔據了全新世的大部分時間,那麼這可能會證明全新世作為一個紀元的末日。或者,如果鉛殘留物成為一個標誌,那麼最近的 2000 年可能會被削減掉。
人類世會是時間長河中的一瞬,還是值得一個紀元甚至更多?如果這個新紀元只持續幾個世紀甚至幾十年,那麼 10,000 年後誰會發現它呢?如果氣候變化變得災難性——世界平均氣溫升高超過 6 攝氏度——地球將離開當前的第四紀地質時期(第四紀是奧陶紀的遙遠後繼者),並回到 3000 多萬年前古近紀時期最後一次出現的溫度。也許那時,人類世值得被認為是新地質時期的開始,也許被稱為第五紀甚至人類紀。目前,考慮到氣候變化、海平面上升和大規模滅絕的不確定未來軌跡,扎拉謝維奇和其他思考這個新紀元的地質學家更傾向於保守。
儘管如此,隨著人口膨脹超過 70 億,人類的影響仍在不斷擴大。文明現在每年移動約 570 億公噸的岩石、泥土、沙子和煤炭等物質,是世界所有河流移動的地質物質的三倍。這相當於每年約有 30 立方公里的體積被人為移動。或者,正如扎拉謝維奇在他的書我們之後的地球中寫道:“作為人類,很難對人類種族有一個正確的看法。”人類世作為一個地質紀元,將人類重新置於行動的中心,成為行星戲劇的集體主角。作為一個概念,人類世代表著地質製造者將自己銘刻在自己的岩石記錄中。