[科普中国]-只知道侏罗纪？地球已经进入人类世

据《自然》杂志5月21日报道，国际地层委员会第四纪地层分会下属的权威科学小组“人类世工作小组” 近日投票决定，认可地球已进入一个全新的地质年代——人类世。该工作小组计划于2021年向国际地层委员会提交正式提议。如果通过，地理课本将会改写。

人类世的概念是怎么来的

为了研究地球和岩石圈的演变，其研究对象地球从诞生至今的时间，将之称为地质时代。地质学家将地质时代分为隐生宙和显生宙，顾名思义隐生宙没有可靠化石或肉眼可识别化石证明生命存在，显生宙则有存世的化石证明存在。宙（eon）下还有代（era）、纪（preiod）、世（epoich）和期（age），如我们比较熟悉的电影《侏罗纪公园》的侏罗纪详细的说就是显生宙中生代侏罗纪。与之类似，人类世，被定义为人类行为作为一种地质营力，首次在全球尺度下在物理、化学和生物的自然演变中同步出现了决定性的影响开始的时代。（The first appearance of a clear synchronous signal of the transformative influence of humans on key physical, chemical, and biological processes at the planetary scale.）

在现在的大家使用的的“人类世”（Anthropocene）出现前，早在1873年，意大利地质学家Antonio Stoppani就提到了Anthropozoic Era（人类代）的概念。此后，苏联地球化学家弗拉基米尔·维尔纳斯基（Vladimir Vernadsky），则正式提出了“人类纪”的概念，并将其定义为从人类出现至今的地质历史时期。在维尔纳斯基的推广下，特别是因为其乌克兰科学院创始人的身份，在上世纪60年代，苏联将“人类纪”作为正式的地质年代单位，等同与于现在通用的“第四纪”。个人认为这个名字是优于现行使用的第四纪名称的，因为仅仅通过字面意思，你就可以联想到这个地质年代的特点，而第四纪则需要追寻另一个历史。

为什么确定人类世会有很大的争议

当下被大家认同的“人类世”概念，则是由大气学家保罗·克鲁岑（Paul Crutzen）和生态学家尤金·斯托莫（Eugene Stoermer）于2000年在《全球气候变化通讯》（Global Change Newsletter）期刊中，以《人类世》（Anthropocene）为题提到的，用以表示人类作为一种地质营力深刻改变了全球的面貌。

1850年起CO2、CH4、N2O、 SO3及硫酸根离子和碳氮氧同位素在大气（冰心）中的含量的变化曲线（图片来源：Waters, C N. et al. 2018. How to date natural archives of the Anthropocene. Geology Today, 34(5):182-187.）

保罗和他的团队在国际地圈-生物圈计划（IGBP）中，对南极洲和格陵兰岛冰川冰芯中CO2和CH4等温室气体进行分析，得出这些常见的温室气体从十八世纪末工业革命开始后逐渐提高，相应的同位素的比例却降低，说明大量的化石燃料消耗造成大气成分变化的主因，并提议以此为起点作为人类世的开端。

正就像我们前面所讲的，人类世的概念更多是由人类学、气象气候学以及环境学等学科的科研人员所使用，其研究内容在时间跨度上不超过人类文明史，更确切的是自工业革命后这二百年来甚至更短时间内的地球变化。虽然这些学科也属于广义上的地球科学，但对地球时代的划分通常是由地质学中的地层学分支来确定的，问题的关键是人类世这个概念已经逐渐被大家接受和认同，这显然已经触碰到地层学这一学科研究人员在这一领域的权威性。

国际地层委员会最新发布的距今270万年（第四系）地质年代表，按照严格的时间比例此后，全新世也只占据了非常小的一层（国际地层学会官网）

要知道在不久之前，国际地层学会才刚刚对全新世进行进一步的细分，与我们最近的时代分界点是距今4200年的梅加拉亚期（Meghalayan）与北格瑞佩恩期（Northgrippian）的分界，通过印度梅加拉亚地区获得的一根石笋确定并设立为正式的地质年代单位。

来自Mawmluh洞穴确定梅加拉亚期的石笋纵剖面（图片素材：Walker, M. J. C. , Berkelhammer, M. , Bj？Rck, S. , Cwynar, L. C. , Fisher, D. A. , & Long, A. J. , et al. (2012). Formal subdivision of the holocene series/epoch: a discussion paper by a working group of intimate (integration of ice-core, marine and terrestrial records) and the subcommission on quaternary stratigraphy (international commission on stratigraphy). Journal of Quaternary Science, aop(aop).编者重新构图）

国际地层学会第四纪工作组对于梅加拉亚GSSP（Global Boundary Stratotype Section and Point）的最终投票确认数据也要比这一次对于人类世相关概念的确认要好得多，在最终获取的16票中15票赞成，一票弃权；而2019年5月21日国际地层学会再次对人类世相关议题进行投票，其中第一项为人类世的确认是否依旧需要GSSP（金钉子）明确对时代划分，第二项则是把时代的起点定为20世纪中期，虽然结果满足了60%以上的赞同，但两次对议题的投票依然出现了4张反对票，可见反对和质疑的声音仍然不少。

人类世相关议题投票结果（国际地层学会公开信件截图，作者有标注）

定义人类世我们还有多少工作要做

像前面所说的，人类世这一概念使用的时间界限因不同行业有所区别，比如人类学中人类世定义的起点比较早，一般认为是从生产力已经起步的公元前2000年起的古代文明，因为从那个时间段留下了比较多的古代遗迹；生态学家和气候学家一般认为其是从工业革命开始，因为从那个时间起人类对于生态的影响开始显现，物种灭绝速度开始变大，气候变化受人类影响增大，大气温室气体比例升高。但如果想要其成为正式的地质年代，需要满足两个基本条件：**一是形成的地层中产生的“地质信号”必须非常大，清晰和独特；二是已收集到证据足够证明这种现象不是孤例而是广泛存在。**这也是为什么国际地层委员会会议中两项议题中第一个议题的核心，使用GSSP就意味着满足上述两个条件，第二个议题就是统一人类世的开端，为寻找金钉子设置限制条件。最终将人类世的开始界限定为二十世纪中叶，其目的是以地球开始核实验为起点。

类似的例子是新生代的开端：长久以来，对于白垩纪末生物大灭绝的成因（可以简单看为恐龙是怎么消失的）一直有着巨大的争议，各种观点众说纷纭，但一直都没有找到令人信服的证据，直到上世纪70年代中期，美国地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯（Walter Alvarez）研究地磁反转时出现了转机。

地磁反转现象属于当时的研究热点，沃尔特在对意大利古比奥地层剖面进行研究时，发现白垩纪和第三纪界线上有一层厚约1厘米的几乎不含化石的黏土层，而且这一层分布极为广泛；虽然厚度只有一厘米厚度，但是由于这一层恰好在中生代和新生代的交界处，恐龙在此时间段后迅速消失，放弃对其的研究显然不会让沃尔特心甘情愿，所以他向自己的父亲路易斯·阿尔瓦雷斯（Luis Alvarez）发出了求助；讲道理，如果没有一位贵为诺贝尔物理学奖得主的父亲，我们想象不到这对一名科研人员帮助有多大！在父亲的帮助下，他对地质样品的检测手段远远超出了当时地质学的学科研究的水平，最终在微量元素检测中发现样品中铱含量异常：铱元素在地球表面的含量很低，因为其亲铁性，会在地球形成的早期被裹挟到地核。在地表的铱元素一般来源是宇宙尘埃，在沉积物中铱元素的含量大致在0.3PPB（十亿分率）的水平，而沃尔特所测定黏土样品中所含的铱元素则最高达到了445PPB，远远高出背景值。此后丹麦、西班牙、新西兰、北美等地相同层位的样品经测定发现这个规律依然适用。

铱元素在样品中的含量变化区间曲线，（图片素材来源Alvarez, L. W. , Alvarez, W. , Asaro, F. , & Michel, H. V. . (1980). Extraterrestrial cause for the cretaceous-tertiary extinction. Science, 208(4448), 1095-1108.）

沃尔特根据这个事实，认为地球曾经被小行星撞击过，才会形成这样一层铱含量如此高的粘土层，并引发了全球性气候变化，导致恐龙灭绝：这颗直径约10千米的小行星撞击地球后产生巨大的冲击波，碎片与尘埃遮天蔽日，大规模的地质构造运动集中爆发，对环境产生巨大的影响，地球历史上的第五次大灭绝开始了。这一理论在学术界掀起了轩然大波，在此之前，对于恐龙灭绝的假说基本上都是渐变论，而沃尔特的冲击假说再次刷新了人类对于生物进化的认识，以至于很多学者批评其哗众取宠，但此后灾变论登上学术舞台。在最近的一项研究中，证实了沃尔特小行星撞击地球的假设，研究者不仅找到了当时小行星的撞击地点，而且还在一些鱼类化石的口腔中找到冲击石英，这种石英只有在极高的温度和压力下才能产生，除了小行星撞击地球外，那么，我想唯一能想到的解释就是当时我们遭到了外星人的核弹攻击，所以冲击事件导致恐龙灭绝的假说基本上是实锤。

通过CT扫描显示在鲟鱼体内鳃附近的微玻璃陨石（图片来源：DePalma, Robert A. ; Smit, Jan ; Burnham, David ; Kuiper, Klaudia ; Manning, Phillip ; Oleinik, Anton ; Larson, Peter ; Maurrasse, Florentin ; Vellekoop, Johan ; Richards, Mark A ; Gurche, Loren ; Alvarez, Walter. / A seismically induced onshore surge deposit at the KPg boundary, North Dakota. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 2019 ; Vol. 116, No. 14. pp. 1-10.）

按照白垩-古近系（Cretaceous–Paleogene）界线分界的经验，在投票中的第二议题中时代的起点定在二十世纪中叶，准确时间应该是在1945年前后，将沉积物中出现核试验放射性物质开始作为地层分界的起点，其原理与K–Pg界线相似，铱含量快速增高代表小行星冲击时间发生的开始，峰值只是代表因冲击事件扬起的尘埃沉降速度在某个时间段达到最快。如下图所示，不出意外，国际地层学会最终将把左侧纵轴（1945年）处作为全新世-人类世的界线。不仅如此，作为人类历史上第一次核试验的美国阿拉莫戈多沙漠试验场，相信在此次GSSP的提交和选定上具有得天独厚的优势。

各类放射性元素在1945年后的浓度变化曲线，图片来源Waters, C N. et al. 2018. How to date natural archives of the Anthropocene. Geology Today, 34(5):182-187.

确定人类世对我们有什么意义

目前非正式术语“人类世”已被证明对气候学、生态学、人类学等研究领域非常有用，其概念只是为了说明**在影响气候，生态等演变中人类扮演的角色越来越重。**但在传统的地质学中，不同的地质时期一般是需要对应的地层学证据的，包括岩性岩相分层特征，生物遗迹、理化性质等，但如果不是使用利用结果推过程的方法，国际地层学会定义的人类世的地层学证据太难找。

通俗的讲就是不同地质时期的地层样子都不大一样，就像人类虽然样子长的各不相同，但不同年龄段都会有自己的特征，虽然会有特例，但大体如此，但将人类世作为一个地质时代本身是没问题的，你可以看作是把化妆作为一个年龄段的特征，也OK，因为人只有到一定年龄才开始化妆，但是单纯将某一年作为人类世的开始，这个行为就像把某种斩男妆作为一个年龄段的分界点，可能是25岁的青年女性会画（假设女性18岁开始画，这种画法最初是7年前开始有第一个人尝试的），但以此作为女性年龄的分界线，完全没有太大意义，难道是这个年龄是进入恐婚的分界线？（大误）。

实际上仅就对地质学领域所研究的内容来说，对于人类世的需求和意义并不是很大，因为鉴定这些沉积虽然不难，但沉积厚度过薄，在纵向深度上研究意义不大。积极的理解角度去想，地质学研究对象的研究范围可能会因人类世的确定而扩大，甚至会有新的交叉学科诞生，而长期以来对于人类世（Anthropocene）这一概念的模糊不清的情况将会告一段落，但由此决定的概念究竟会不会被更多研究人员所接受，目前尚不明朗。

就短期来看，增添一个更精细尺度的分层，对传统地质学领域产生多大影响，甚至不及地球化学元素分布的研究更有意义，但超精细尺度的纵向研究在地球化学元素演变上，有着一定意义，但这些数据的最终有效性还需要更多的研究和验证。

最后还要说一下，上一次按照这种方法划分时代刚好是白垩纪末生物大灭绝，而这一次再次使用这种方法刚好是很多地球科学、生命科学等领域研究人员预言的第六次大灭绝，总有那么一丝不祥的感觉。