科學好故事|格陵蘭島的隱祕洞穴關乎人類的過去和未來

來源：wired

作者：EMMA BRYCE

翻譯：任天

半個世紀以來，科學家們一直想知道格陵蘭一個神祕洞穴中隱藏的祕密。現在，他們已經接近謎底。

2008年冬天，吉娜·莫絲莉的職業軌跡因爲一次酒吧裏的交談而改變。當時，莫絲莉在英國布里斯托爾大學攻讀博士學位，研究方向是洞穴環境，並且已經成爲一名嶄露頭角的古氣候學家。在酒吧裏，她與布里斯托爾大學洞穴協會的成員見了面，並與資深洞穴探險家查理·塞爾夫交攀談起來。

塞爾夫告訴莫絲莉，在遙遠的格陵蘭島北部有一個巨大的洞穴，嵌在陡峭的懸崖頂上，離地面數百米，令人難以接近。20世紀60年代，美國陸軍在冷戰偵察任務期間拍攝了該洞穴的第一張正式圖片，當時飛行員正試圖尋找緊急的無冰降落跑道。從那時起，包括塞爾夫在內的一些研究人員都嘗試過探洞，但都沒有成功。有些人甚至把直升飛機停在洞口附近，往裏面看，但看到的只有漆黑的洞口。

洞穴往往能提供關於歷史氣候的最可靠線索，這些線索就隱藏在洞穴頂部和地面的鐘乳石及石筍中。在年輕的古氣候學家莫絲莉看來，格陵蘭島北部的氣候正發生着迅速變化，這個未被探索的洞穴很可能是非常重要的突破口，有着極大的吸引力。“一想到要去探險，我立刻就興奮起來，”莫絲莉說道。塞爾夫將收集到的信息借給了莫絲莉，她複印了一份，然後就放到了抽屜裏，“我不知道該拿它怎麼辦”。多年來，莫絲莉偶爾會想到那個洞穴，想象着自己前往那裏探險的情形，“但當時的我沒有信心，甚至不知道從哪裏開始”。

十多年後，莫絲莉已經有了三次前往格陵蘭島短暫探險的經驗，儘管是去更南部的洞穴；她還得到了一筆慷慨的資金支持，似乎到了做出改變的時候了。現在，莫絲莉是一位經驗豐富的洞穴探險者、極地探險家，也是奧地利因斯布魯克大學的古氣候學家，她正準備帶領一支六人探險隊前往北極圈，對那個神祕的洞穴展開探索。這將是世界上第一支造訪該洞穴的探險隊。對該洞穴內部物質的研究將使我們得以一窺地球北極地區的深層歷史。如今，這些地區的升溫速度是地球上其他地區的兩倍，瞭解那裏曾經的樣子可以幫助我們預測地球的未來：如果北極繼續融化，全球氣溫繼續上升，災難性的海平面上升將給人類帶來什麼樣的風險？

莫絲莉對洞穴的熱愛始於12歲時參加的一次家庭露營旅行，當時她去了英國薩默塞特郡的切達。在導遊的帶領下，她得以參觀當地的一些洞穴，並第一次進入了黑暗且如同迷宮般的地下世界。她立刻迷上了那種在泥濘中爬行的感覺，並開始將送報賺的錢節省下來，用於在度假時再次進入那些奇妙的洞穴。“我非常喜歡這種感覺，”莫絲莉說，“其他人可能會在去威尼斯的時候體驗到這種感覺，當他們在小巷裏閒逛時，會很想知道拐角處有什麼——那種興奮的感覺，我在地下的時候就感受到了。”

幾年後，莫絲莉開始攻讀古氣候學博士學位，這也將她的兩個興趣——洞穴探險和氣候變化——結合了起來。洞穴在氣候研究中很有價值，因爲許多洞穴具有豐富的化學沉積物，也就是洞穴堆積物（speleothems）。這是由礦物沉積物構成的地質特徵的總稱，而這些地質特徵形成了石筍、鐘乳石和流石，它們或從洞穴頂部懸掛下來，或從地面上隆起，像蟻丘一樣。在數千年的時間裏，來自外部世界的水滴通過洞穴頂部慢慢落下，使洞穴堆積物不斷生長。礦質方解石沉積物形成了基礎的物理結構，隨着時間的推移，像頭髮一樣薄的沉積物層堆積起來，有點類似樹木的年輪。每一滴水都帶有其化學特徵，可以告訴我們當它沉積時，地表正在發生的過程。方解石、氧氣、碳，甚至洞穴內的土壤、花粉和植被的痕跡，共同構建了過去環境的樣貌，爲科學家提供了歷史上大氣二氧化碳水平、溫度、降雨量，甚至洞穴周圍棲息地的線索。

與此同時，洞穴本身也極好地保存了這些珍貴的記錄，使它們成爲回顧過去的窗口。洞穴與地表環境有許多聯繫，但也得到了很好的保護，不受地表環境的影響。這意味着許多信息就隱藏在地表之下，默默記錄着幾十萬年，甚至幾百萬年發生的變化。在很大程度上，穩定的洞穴環境完整保留了對過去氣候的長期、詳細的記錄。相比之下，海洋沉積物更容易受到動物的干擾，冰芯則會在溫度變暖時融，作爲一種存檔類型，洞穴具有一些不錯的優勢。

隨着鈾釷放射性測年技術的進步，研究人員可以更精確地分析洞穴堆積物的年齡，精度可達20年左右。結合沉積物中所包含的環境信息，我們可以非常確定地說明某些事件發生的時間。當涉及到氣候記錄時，洞穴記錄只是更大圖景的一小部分，但由於洞穴遍佈世界各地，它們的洞穴堆積物有助於填補其他信息保存措施的空白。與此同時，洞穴堆積物的詳細記錄也有助於建立一個更豐富的資料庫，幫助描繪全球過去歷史的環境變化。你可以逐步開展工作，以更加全球化的方式呈現環境的樣貌，但需要有屬於特定地區的信息，這將有助於研究人員發現更廣泛的氣候趨勢，並比較地區之間的差異和聯繫。

由於以往氣候的一些特徵反映了當前正在經歷的氣候變暖——以及未來將面臨的氣候變化問題——因此這些洞穴記錄將爲未來的氣候研究提供了寶貴的指導。研究人員正在嘗試進入歷史上那些比現在更溫暖的時期，希望能找到相關的例子，告訴我們真實的氣候和環境可能是什麼樣子。

到目前爲止，爲了搜尋洞穴堆積物，莫絲莉已經環遊了世界。她曾經划船穿過法國古尼爾洞穴（Grotte de Gournier）的地下湖，上方的鐘乳石如同懸掛的吊燈。在美國內華達州的魔鬼洞（Devil’s Hole Cave），她曾爬下152米高的岩石表面，抵達洞穴底部取樣。她還參加過一個探險團隊，前往巴哈馬的水下水晶洞穴收集石筍，有一部IMAX紀錄片記錄了她的這項工作。不過，莫絲莉最在意的還是格陵蘭島北部那個冰冷的洞穴，因爲那裏隱藏着氣候變化對地球未來影響的一些最具啓示意義的線索。這讓莫絲莉不斷想前往那個條件惡劣，幾乎無法到達的地方。

距離查理·塞爾夫第一次將那個洞穴的文件交給莫絲莉已經過去了許多年，現在，她終於找回了那些文件，重新燃起了對格陵蘭洞穴的迷戀。在一堆論文中，她發現了一項關於格陵蘭島東北部一個洞穴中一塊流石的研究。流石是由洞穴內不斷流動的水沉積形成的薄片狀堆積物。“在那一刻，（出發的想法）更加引起了我的興趣，因爲我知道在格陵蘭島至少有一個樣品可能包含了一些物理氣候信息，”莫絲莉說道。

當這個“靈光一現”的時刻出現時，科學界對格陵蘭島東北部的瞭解還極其有限。穿越這片荒涼地域需要冒極大的風險，並付出高昂的成本，這讓大多數北極探險家望而卻步；除了管理丹麥軍事基地的5個人之外，該地區沒有任何永久居民。即使在上世紀初，人們也不知道格陵蘭島東北部的海岸線是什麼樣子的，因爲當時還沒有繪製地圖。對於洞穴以及洞穴堆積物，相關的知識就更匱乏了。

不過，來自這些偏遠地區的地質樣品可以爲全球氣候變化提供獨特的重要見解。北極變暖的速度是全球平均速度的兩倍，那裏對氣候變化非常敏感，我們需要更多關於未來可能情況的信息，即使在如今冰冷的北極圈內只發現少量洞穴堆積物，那也能表明該地區以前比現在更潮溼、更溫暖，因爲洞穴堆積物的形成必須有流動的水。在歷史上的許多時期，地球都比現在更爲溫暖，這是由於地球相對於太陽的位置等因素造成的。一些更溫暖的時期也造就了一個非常不同於如今地球的世界。例如，當時的海平面明顯更高，地球環境更不適合人類生活。

至關重要的是，這些變化發生在不同的地理和時間尺度上，不同於我們現在經歷的由人類引起的環境劇變。不過，從格陵蘭東北部地區過去變暖的歷史中尋找線索，無疑將幫助我們理解北極正在加速變暖的後果，以及極地冰川融化將以怎樣的方式加劇全球海平面上升。格陵蘭島正回到一個更溫暖的、超出人類認知範疇的狀態。如果我們有落葉樹在北極生長的歷史證據，那當時的赤道又會是怎樣一番景象？

在前人研究中那塊流石的鼓舞，莫絲莉在2015年開始了第一次格陵蘭東北部探險（後來她又進行了兩次探險）。在沒有任何證據的情況下，這個初始項目很難通過傳統的途徑籌集資金，最終探險隊從59個私人贊助者那裏獲得了捐款，得以進入洞穴所在的地區。莫絲莉和4位同事——其中一位是她的伴侶、《國家地理》雜誌洞穴攝影特約記者羅比·塞恩——開始了一場艱苦的、鐵人三項式的長途跋涉，試圖穿越格陵蘭島東北部寒冷的多岩石地形。乘坐一架DHC-6（代號“雙水獺”）飛機，他們先是來到了一條偏遠的着陸跑道上，隨後乘船穿越一個巨大的湖泊，再進行爲期三天的徒步旅行；最後，他們爬上了不斷崩落的碎石斜坡，終於到達了朝思暮想的神祕洞穴。

到達目的地之後，他們發現，這趟旅程得到的獎勵遠遠超出了預期。“我們發現，那裏的洞穴數量遠比我們想象的多得多，而且裏面絕對充滿了洞穴堆積物，”莫絲莉說道。這些洞穴堆積物的數量如此之多，以至於團隊最後不得不卸下食物，爲從洞穴深處收集的珍貴樣品騰出空間。“我們凍乾的食物換成了一塊塊岩石，”莫絲莉說道。

2018年和2019年，探險隊又兩次前往格陵蘭島東北部採樣。到目前爲止，他們利用這5年間採集的洞穴堆積物樣品，已經取得了好幾個重要發現。最近的一項研究發表在今年的《科學進展》（Science Advances）雜誌上。論文中指出，他們收集的一些洞穴堆積物標本可以追溯到58.8萬年前，那時格陵蘭還處於沒有冰芯記錄的溫暖時期。他們在沉積岩層中發現了氣候變暖的證據，當時的氣溫比現在高出3.5攝氏度，導致了降雨量的增加和永凍層的融化——這一過程向大氣中釋放了更多的二氧化碳。

我們有可能再次看到一個類似的世界，只不過是在一個非常不同、人爲造成的氣候變化機制下。在格陵蘭島最北部山區的神祕洞穴中，或許還有可以追溯到更久遠歷史的線索。

保羅·史密斯表示，如果你把格陵蘭島想象成一隻手，那這個洞穴就坐落在其中一根名爲武爾夫島（Wulff Land）的“手指”上，似乎就指向北極。他是爲數不多的近距離觀察過這個洞穴的研究者之一。1984年，史密斯在一架岌岌可危的直升機上，透過窗戶看到了這個洞穴。當時，史密斯正在武爾夫島進行他的首次格陵蘭島地質考察。在返回大本營的途中，他讓直升機飛行員從洞穴附近飛過去，以便他能看到裏面的情況。

他回憶道：“當時有一股可怕的上升氣流，我們感受到了明顯的顛簸。”然而，更讓史密斯喫驚的是洞口的規模；他估計甚至可以容納一架直升機。在史密斯看來，這個洞口本身就是研究歷史氣候的誘人線索。他說：“這裏什麼時候會有足夠的水，能形成一個大到足以讓直升機降落的洞穴通道？”

幾十年後，史密斯將他那天拿到的一些照片交給了莫絲莉，也正是這些神祕的照片，讓這個洞穴在莫絲莉的記憶中停留了這麼多年。遺憾的是，當時查理·塞爾夫已經去世，他甚至沒能見證2015年的第一次探險。不久前，莫絲莉獲得了勞力士頒發的“雄才偉略大獎”，利用這筆獎金，她夢想已久的探險成爲了可能。這筆錢將用於支付探險隊前往武爾夫島和穿越惡劣地形的高昂費用。該團隊由6人組成，其中包括莫絲莉、她的攝影師伴侶、一位繩索專家和一名醫生（探險隊遠離救援，如果有人受傷，或是天氣系統發生變化，“我們可能需要一兩個星期才能得到救援，”莫絲莉解釋道）。

目前，莫絲莉正在計劃下一次旅程：從大本營徒步到洞穴入口，這段長途跋涉將以洞穴所在的懸崖高原頂端爲終點；接下來將是“從頂部開始的1600米繩降，然後就是這個巨大的黑洞。這就是我們目前所能看到的一切。”（她還將探訪該地區的其他幾個洞穴，以擴大該地區洞穴標本的採樣量）

莫絲莉不確定她會在這個神祕的洞穴裏找到什麼。一方面，她的探索正是由這種不確定性驅動的。這個洞穴在冷戰時期才被第一次拍攝，到現在還沒有被深入探索過，它是世界上最北的洞穴之一，誰不想知道里面有什麼呢？

另一方面，這個洞穴裏的堆積物也有可能提供非常獨特的數據，幫助研究者預測未來的氣候變化。武爾夫島的洞穴距離格陵蘭島東北部的洞穴足足有600到700公里。它們離得足夠遠，可能會對氣候變化做出非常不同的反應。這些洞穴也位於格陵蘭島的最北端，與冰凍的北冰洋相接；隨着氣溫變暖，北冰洋的海冰融化可能會深刻影響這片陸地，將來自這些洞穴的數據納入研究“將爲有關氣候變化的認識提供額外的價值”。

莫絲莉還抱着一個渺茫的希望，認爲這些洞穴裏可能保存着更久遠年代的洞穴堆積物。利用特殊的年代測定方法，她或許能夠了解更古老的地球氣候信息。從理論上講，或許能追溯到300萬年前。歸根結底，洞穴的位置使其數據具有獨一無二的價值：如果記錄顯示，這個冰凍的北極地區曾經是潮溼和溫暖的景觀，那麼隨着格陵蘭北部人爲造成的冰川快速流失，全球會有怎樣的影響？

對莫絲莉來說，要回答這一問題，需要幾個月的探險計劃，並在極端環境下進行連續數週的採樣，之後可能還需要數年的分析。在這種極其不確定，而且充滿風險和困難的背景下，是什麼促使她繼續挺進洞穴的深處呢？

除了對洞穴環境的着迷，莫絲莉現在還有了另一個繼續尋找歷史氣候線索的理由：她五個月大的孩子。“我的確在更大的研究問題上投入了精力。但我覺得，在我自己有了女兒之後，這些問題就變得更重要了，”她說，“等她長大後，歐洲就見不到冰川了，這讓我覺得很難過。”