百萬年來，地球經歷著週期性的冰期和暖期循環，而現代正處於一個受人類活動影響的暖期。隨著大氣中溫室氣體含量的增加，全球變暖的情況越來越嚴重，大陸冰川加速融化，海平面持續上升，全球生態和人類社會正面臨嚴重的氣候危機。為了更深入地理解地球暖化過程及其驅動機制，研究過去極端暖期的成因，以古鑑今，成為當今科學界的重要議題之一。
 
地質紀錄顯示，在距今大約40萬年前，全球冰量比現今還少，海平面比當代還要高出10公尺，這個暖期持續約3萬年，是百萬年來地球歷史上的最熱暖期。通常，夏天的太陽照射是地表主要的能量來源，也是驅動暖期的重要力量，但在這個時期，太陽輻射相當弱，大氣中的溫室氣體濃度也比現代低，這個極致暖期的出現，成為地球歷史上的著名謎團，學術界稱為「MIS 11c 悖論」。MIS 是marine isotope stage（海洋同位素階段）的縮寫，用來描述地球地質年代裡暖期與冰期交替的代碼。MIS 階段由今至古，按照暖期與冰期依次編號，奇數為暖期，偶數為冰期。當今地球處於MIS 1 暖期，而 MIS 11c 指的則是在約42萬年前MIS 11 暖期的一個初始階段。
 
臺大地質系博士後研究員胡訓銘，與地質系國家講座教授沈川洲率領的國際團隊，利用地中海洞穴鐘乳石，結合北大西洋海洋紀錄，揭示形成40萬年前異常暖期的關鍵原因，這項跨國研究成果於7月15日刊登在頂尖期刊《自然通訊》Nature Communications。
 
胡博士指出，解答「MIS11c 悖論」的關鍵之處在於了解暖化過程中地球的冰棚、海洋與大氣，對太陽輻射力量的反應先後順序，但由於大部分海洋與陸地紀錄都缺乏精確的絕對年齡，這個問題才會遲遲沒有答案。地質系與歐洲研究夥伴於西元2014年，在北義大利的女巫洞鑽取洞穴石灰岩岩芯標本，利用臺大地質系很嗨實驗室(HISPEC) 的高精度鈾釷絕對定年技術分析標本沉積時間，提供地質紀錄的精確年代控制，加上精細的碳氧同位素與微量元素資料，重建南歐地區48到36萬年前的環境變化歷史。團隊進一步比對太陽日照量，全球海面變化，與包含大西洋的各地氣候紀錄，終於解開「MIS 11c 悖論」謎團。
沈教授表示，地質系領導的國際團隊長期耕耘，在地中海區研究工作已經超過10年，並發現北義大利女巫洞的洞穴碳酸鹽紀錄與大西洋、地中海的氣候變化緊密相關，因此，北大西洋區的古氣候紀錄可以經過比對具有精準年代紀錄的女巫洞石灰岩材料，而獲得重要的絕對年齡控制。
 
研究結果顯示，MIS 11c 極致暖期是多種因素綜合而導致。首先，在大約42萬年前，北半球夏季太陽輻射上升，中低緯度的大西洋受太陽力量影響達到極致高溫；巧合的是，在海洋暖化發生後，地球的傾角又逐漸增加，引發更加炎熱的夏季，使這溫暖的海洋得以持續數萬年。正是因為這些中低緯度的暖水，在這數萬年間不斷透過海洋環流，把大量的熱能傳送到高緯度，造成持續性的冰棚融解，最終導致了百萬年來地球歷史上最熱的MIS 11c暖期。
 
胡博士進一步說明，MIS 11c 是一個用以理解全球暖化的重要範例。這個時期與現代一樣，並沒有特別強烈的太陽日照，但研究團隊從這個時期發現，要促成北半球冰棚的全面崩解與劇烈海平面上升，並不一定需要特別高的溫室氣體濃度，只需要長時間的海洋暖化就可以達成。這揭示海洋力量在驅動全球暖化與造成冰棚崩解的機制中所扮演的重要角色，本研究也因此對於預測地球的未來氣候有重要的參考價值。
 
此研究由科技部卓越領航計畫、教育部深耕計畫、永續地球尖端科學研究中心、與臺大核心研究群計畫共同資助。在這個臺大地質系主導，包含來自歐、美、及亞洲的二十個研究單位的國際計畫中，地質系參與的研究人員除了胡博士與沈教授外，還有已畢業學生蔡獻禎、簡瑋頤、宋文惠、許家豪等人。

研究成果全文：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50207-1
 

本文轉載自國立臺灣大學臺大校訊第1611期，連結如下：https://sec.ntu.edu.tw/epaper/article.asp?num=1611&sn=29168