科学研究 - 【地下宝藏】通过沉睡在湖底的季候泥探寻远古的气候变化

在墨西哥的圣克劳迪奥湖采集季候泥样本。右侧照片中最右者为中川毅，中间的女性为北场育子，左侧照片为采集到的沉积物。（照片由北场提供）

本篇将介绍埋藏于湖底、记录着历史的沉积物——“季候泥”。由于季候泥只能在满足特定条件的湖底形成，因此找到它们便是一项非常艰巨的任务，但一旦采集到，就可能获得涵盖数万年气候变化的信息。立命馆大学古气候学研究中心副主任、北场育子副教授深深地被沉睡于湖底的季候泥的魅力吸引，正在墨西哥和危地马拉等地从事季候泥的采集和分析工作。

留存于大自然中的远古记录

“远古时期的地球是什么样的？那时的人类过着怎样的生活？”“如果有时光机的话……”很多人都这样幻想过吧。

大自然中留存着远古时代的各种记录，虽然还都只是片段，但仍然可以让我们了解到过去的一些信息。其中最为常见的就是树木的年轮。树木的生长程度会随着年份的不同而有所差异，导致细胞密度不同，具体表现为树木颜色的深浅，通常每年都会增加一轮。还有一些生物，如珊瑚、鱼类的耳石等，也记录着一年的生长情况。此外还有贝壳的生长纹和仙人掌的刺等，虽然记录的周期各不相同，但都能反映出时间的流逝。另外，格陵兰和南极的冰川中，由于每年降雪中的成分有所不同，年年累积起来就形成了年轮般的纹理。

这当中最具精确性，可作为研究古代人们生活方式手段的，就是在湖底形成的“季候泥”。位于日本福井县若狭町的水月湖的季候泥，就能够追溯到大约7万年前的环境。

自然界中形成的各种年轮纹理的比较（钟乳石照片由Hai Chen教授提供）

满足严苛条件才能形成

那么，“季候泥”是在怎样的地方、怎样形成的呢？

季候泥的形成，是因为湖底积累的物质在不同季节各有不同。例如在日本，从春季到秋季，湖底会积累浮游生物的尸体等黑色有机物，而从晚秋到冬季，则会积累亮色的矿物质。如此这般，每年都会形成纹理，不断累积就形成了季候泥。

季候泥每年的层厚通常不超过1毫米，但其中却保留了春夏秋冬的记录。例如，如果其中含有花粉，就可以根据当时生长的植物推断出那时的气候。

水月湖中季候泥中包含的花粉化石显微镜照片（图片由中川提供）

如果湖底有氧气，生物就会在湖底扰动沉积物，这会导致季候泥无法形成。只有水足够深，并且周围地形不容易受到大雨和强风的影响，使水不会被风雨搅动的湖泊才可能形成季候泥。

水月湖的季候泥便是在这些严苛的条件下形成的。水月湖四周环山，并因断层的影响而不断下沉，因此保留下了从大约7万年至今的季候泥。顺便一提，水月湖的季候泥采集和分析工作的核心人物，就是现在与北场副教授共同在立命馆大学古气候学研究中心任职，并担任该中心主任的中川毅教授。

水月湖具备形成季候泥所需的所有条件

成为世界年代测定的标尺

北场副教授介绍说：“水月湖的季候泥不仅仅记录了过去的事件，还成为了测定世界各种物体年代的世界标尺。”

¹⁴C（碳-14）会随着时间的流逝而减少，其半衰期为5730年

确定化石等物品的年代时，通常是使用一种名为“放射性碳年代测定” 的方法来测量动植物中所含的放射性碳¹⁴C（碳14）的含量。当宇宙射线击中大气中的氮时，就会产生¹⁴C，生物将其吸收到体内，但当生物死亡后，¹⁴C的供应停止，含量会逐渐减少。该方法利用¹⁴C的量在5730年内减半的性质，可以估算生物死亡的时间。

由于不同时代的¹⁴C含量不同，因此需要创建一种转化表，以确定多少年前的¹⁴C量有多少等。

其中一个代表性的“标尺”就是树木的年轮。然而，树木年轮能够追溯的年代存在上限，目前约为1.45万年左右。而在无法使用年轮来推定的年代，季候泥就能作为标尺发挥作用。使用季候泥，甚至能追溯到连¹⁴C都难以测定的5万年以远的时代。

探寻玛雅文明消逝的原因

即使是作为世界标准的“标尺”，北半球和南半球也存在误差。接近赤道地区被称为“热带辐合带”的上升气流带，将北半球和南半球的大气隔开，因此¹⁴C的量的变化会有30年左右的差异。

此外，在赤道附近地区，几乎没有季节性温度变化，树木通常无法形成明显的年轮。在这种情况下，为了更准确地了解过去，需要使用其他“标尺”。曾经繁荣的玛雅文明所覆盖的墨西哥南部、危地马拉、洪都拉斯、伯利兹和萨尔瓦多等地，都属于这一地区。

玛雅地区及其周边地图（图片由北场副教授提供）

玛雅文明自大约3000年前开始繁荣，并延续了2000多年，在各地留下了壮观的遗迹。玛雅人已经能够进行精密的天文观测并制定了高精度的日历，但在16到17世纪，被西班牙入侵者征服。

然而，历史学家认为玛雅地区实际上曾经历过多次兴衰。他们发现，在9世纪前后，许多繁荣的城市被废弃，并在其他地区开始繁荣。

那么，为什么当时的人们要离开他们居住的城市呢？关于这个问题，历史学家们提出了各种假说，包括战争、森林砍伐、气候变化等，但都没有确凿的证据。

因此，为了探寻玛雅文明的衰退原因，人们开始关注季候泥。该地区雨季和旱季分界明显，雨季会积累黑色沉积物，其中包括浮游生物的尸体等，而旱季则积累白色的石灰质沉积物。

经历大冒险终于抵达

北场副教授参加玛雅项目的契机，是应邀分析在危地马拉发现的季候泥。之后，北场副教授还参与了在墨西哥东南部寻找季候泥的工作。

然而，这项寻找季候泥的工作非常艰难。即使依靠地图和航拍照片前往湖泊，也不一定有通往那里的道路。还需要与当地的土地所有者进行交涉。即使克服了各种困难可以去采集季候泥，由于这个地区的湖泊往往是由大河流向改道形成的浅水湖，导致有十多次都无功而返。

最终，经过两年的艰苦探险，他们来到了位于墨西哥与危地马拉边界附近的圣克劳迪奥遗址内的圣克劳迪奥湖。这个湖是由于地下水侵蚀导致石灰岩地层坍塌而形成的。北场副教授等人认为这里可能有季候泥，于是在做好挖掘准备后，第二年再次来到此地。挖掘出的是带有纹理的泥土。通过计算纹理的数量并与其中包含的叶子的放射性碳年龄进行对照，确定了这就是季候泥。那是2019年的事了。