1200年前，一股強大的宇宙射線——攜帶著相當於1.67億噸TNT炸藥的能量——從一顆恆星進入地球，並使地球偏遠地區充滿了鈹、碳同位素和其他元素。
這次宇宙事件在樹木年輪和冰芯中留下了印記，這些是人類時代之前的自然歷史書籍。利用這些，科學家們解決了關於地球如何響應火山爆發的長期爭論。
他們發現，在過去2500年中，幾乎每一次大型火山爆發都會迅速冷卻地球。這項研究昨天發表在《自然》雜誌上。
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“火山爆發是氣候系統的主要影響因素之一，”伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）的地質學家凱文·安丘凱蒂斯說，他與這項研究無關。
科學家首次意識到火山的影響是在1991年，當時菲律賓的皮納圖博火山向大氣中釋放了2000萬公噸（約300萬頭非洲象的重量）的硫氣溶膠。這些粒子將陽光反射回太空，並在接下來的兩年裡降低了全球氣溫。
研究皮納圖博火山的科學家推測，火山——特別是氣溶膠——一定會冷卻地球。
他們必須使用歷史資料來證實這一點，這是一項具有挑戰性的任務，因為很少有詳細的火山爆發記錄。甚至全球氣溫的記錄也只能追溯到19世紀。
這項任務很重要，因為火山噴發的氣溶膠觸及了關於氣候變化的爭議的核心。大多數科學家都同意人類造成的全球變暖正在發生，但他們對地球變暖的速度存在分歧。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）表示，二氧化碳濃度增加一倍會導致地球升溫2至4.5攝氏度。因此，瞭解氣溶膠及其對地球的冷卻效應對於縮小這一範圍至關重要。
透過樹木和冰層揭示的歷史
為了將歷史延伸到儀器記錄之外，古氣候學家依賴於樹幹和冰芯。
樹木每年都會在其樹幹上增加一層新的木質層，並記錄生長時的溫度。
同樣，極地的年度降雪會將大氣中的氣溶膠和其他顆粒物困在冰中。因此，從格陵蘭島和南極洲鑽取的冰芯中包含了這些記錄。冰層中的氣溶膠峰值可以指示過去的火山爆發。
樹木年輪和冰芯科學家獨立地組裝了過去2500年的溫度和火山爆發時間表。
然後，他們比較了結果。
“它們需要匹配；它們需要彼此同步，”沙漠研究所的水文學家、該研究的合著者約瑟夫·麥康奈爾說。
但時間表並沒有很好地同步。例如，樹木年輪顯示，公元536年全球氣溫驟降，科學家們推測，在此之前發生了一次火山爆發。當時的史學家寫到了一種神秘的“塵埃面紗”、饑荒和瘟疫。
但是，當科學家檢查冰芯記錄時，他們沒有發現重大爆發。
這意味著兩種可能性之一：火山爆發並不總是引發全球降溫。或者冰芯記錄略有偏差，必須重新校準。
“現在一切都說得通了”
正如學生在化學實驗室早期學到的那樣，校準是所有測量值的關鍵。
在過去的氣候方面，科學家們使用一套由偶然性創造的有限的校準工具。其中一種工具是在公元775年建立的，當時由一顆恆星或可能是一顆超新星引發的一次外星宇宙射線事件分裂了大氣中的原子，並使偏遠地區充滿了碳-14和鈹-10等同位素。
日本的雪松樹含有與公元775年對應的碳-14同位素峰值。極地的冰芯含有鈹-10的峰值。
注意到這些平行的峰值，麥康奈爾和他的同事們強制在冰芯和樹木年輪時間表的這一歷史點上匹配。
“它為我們提供了一個非常明確的標記，使我們能夠絕對地將樹木年輪年代學與冰芯年代學聯絡起來，”麥康奈爾說。
這使得兩個記錄完全對齊。
公元536年的全球降溫事件現在確實是由一次重大爆發引起的。
“所以它調和了一切；現在一切都說得通了，”麥康奈爾說。
WHOI 的 Anchukaitis 說，科學家可以使用新的、重新校準的冰芯記錄來完善他們對“地球系統以及海洋和大氣如何響應到達地面的能量擾動”的理解。
“這是一種非常優雅的方法，也是一個重要的結果，”他說。
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