地球环境的三部书

　　世上比“天气”更加难以捉摸的东西恐怕很少，尽管专业人员非常努力，我们还是有许多嘲弄天气预报准确度的笑话。不过，预测三天后某地是否会下雨，实际上是预报中最困难的一种——“降水概率”真是一个有用的词。预测很久以后地球气候的大趋势，或许倒要容易些。下一个冰期会在何时出现？全球变暖会达到什么程度？如果我们能知道在漫长历史中发生了什么，就有可能预言未来。在两极、海底和陆地上，都存在着地球环境变迁的长期记录，这就是目前发现的三部最完整的地球气候史书：极地冰芯、深海沉积物和中国黄土。
　　氧元素有三种稳定同位素，氧16、氧17和氧18，它们的原子核里分别有8、9、10个中子。自然界中氧16占绝对多数，其次是氧18。由氧18与氢结合形成的水，比普通水要重一点（不是一般意义上的“重水”），相对来说更难蒸发，更容易凝结成雨雪落下来。大气流动把海洋上蒸发起来的水搬运到两极，在南极和格陵兰的冰原上形成新一年的降雪。如果当年气温比较高，雪中氧18的比例就会高一些，反之就低一些。冰雪一层层堆积起来，就成了一部气温纪录。冰芯的累积速率、气体和杂质含量还可以告诉我们当年的降水量、大气成分甚至火山活动等情况。
　　因为陆地上的水是从海洋里蒸发出来的，含更多的氧16，当两极的冰多时，海水中的氧18就相对增多，反之则减少。海水中氧同位素相对含量会在海洋生物身上体现出来，因为一些生物需要从周围的海水中获取钙、碳和氧元素，来生成自己的碳酸钙硬壳。生物死亡后，一些介壳沉入海底被埋藏起来，留下当时气温高低和全球冰量多少的证据。此外，生物细胞生长会对碳同位素有所挑选，更倾向于较轻的碳12，而把碳13留在环境里，从而影响海水中碳同位素的相对含量，这在海底沉积物中也会留下记录。沉积物里还有泥沙、灰尘、植物遗骸乃至宇宙尘埃，从多种角度提供当时地球环境的信息。在陆地上，不同的植物体内具有不同的碳同位素值。

泰勒奖奖章

　　与较少受到干扰的极地冰芯和深海沉积物相比，陆地沉积物因为容易风化侵蚀、连续性差而一度不被重视。但在刘东生院士几十年的努力下，中国黄土被证明是研究260万年来气候变迁历程的可靠记录，并且其中包含的很多信息是其它记录无法替代的。中国黄土从而与冰芯和深海沉积物并列成为古代地球环境研究的三大支柱，一谈到陆地上的环境变化记录，人们就会自然而然地想到刘东生和中国黄土，正如一谈到海底沉积物和环境变化，就想到美国的W.S. Broecker一样。2002年的泰勒环境科学成就奖，正是被这两位海陆环境变化研究的先驱所分享。

风吹来的历史

　　北京中山公园内有“社稷坛”，曾是明清两代帝王祭祀土地之神和农业之神、祈祷丰年的场所。坛上覆以五种颜色的土，因此又称“五色土”，其分布为东方青土、南方红土、西方白土、北方黑土、和中央黄土。这与中国土壤分布的实际情况有些相似：南方的土壤因含铁元素较多而偏红，往北则因钙质较多而呈黄色，东北的土壤因腐殖质较多而发黑。而黄土位于中央，也正好体现了黄土与中国古代农业文明发展的密切关系。
　　日常概念里的黄土指黄色的尘土，状态介乎分散的砂石和粘重的泥土之间。地质学上的黄土专指形成中国黄土高原的这种黄土，它也可以看作是某种软的、松散的岩石，与生物作用产生的土壤不同，它是风吹来的沙尘，通常堆积超过100米厚，有些地方甚至达到400米。刘东生院士及其同事测定认为，中国的黄土或类似黄土的物质分布面积约有63万多平方公里，其中真正的黄土区域为30多万平方公里。欧洲、北美中部、阿根廷等地也有大面积的黄土，但历史没有中国黄土这么长，保存状况也没有这么好。黄土的英文对应词loess及德文词Löss都由德国莱因河谷居民对当地松散土的称呼演变而来，原意为疏松、松散结构。

黄土高原

　　海枯石烂或许是很长时间的保证，但并不适于作为永远的代称。地质运动可以把大海变成高山，岩石因风化而破碎更是常见。尤其是在“早穿棉袄午穿纱、围着火炉吃西瓜”的戈壁沙漠地区，白天和夜晚气温相

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