其他

人類世:形成中的地質年代

我們會在地層中留下什麼樣的印記?

撰文/札拉希維奇(Jan Zalasiewicz)
翻譯/王心瑩

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人類世:形成中的地質年代

我們會在地層中留下什麼樣的印記?

撰文/札拉希維奇(Jan Zalasiewicz)
翻譯/王心瑩


我們會在地層中留下什麼樣的印記?


人類世(Anthropocene)這個名詞的使用,純粹是克魯琛(Paul Crutzen)於2000年墨西哥一場會議上的靈機一動。這位備受尊崇的荷蘭學者曾提出知名的「核冬」理論:全面核子戰爭將危及全球動植物的生命;他也針對臭氧層的破壞進行研究,並因為這項人類造成的全球威脅獲得1995年諾貝爾化學獎。


那時克魯琛在會議上聆聽專家討論全新世發現的全球環境變遷證據。全新世是地質學家定義的一個地質年代,從1萬1700年前開始。他顯然越聽越覺得不吐不快,最後脫口:「不!我們已不在全新世了,我們正處於……」他想了一下才說:「人類世!」


會場內一片靜默,這名詞顯然直指核心,接下來也一次又一次在會議中被提及。同一年,克魯琛與矽藻專家史多麥(「人類世」一詞即是他在1980年代獨創,已於2012年過世)共同撰寫一篇關於「人類世」證據的文章。他們認為證據十分明確:工業化之後,人類改變了地球大氣和海洋的組成,重新塑造地球的環境和生物圈,矽藻族群當然也受到影響;我們居住在由人類建造、與以往很不一樣的地球。受到克魯琛的名望和熱切、說服力十足的文筆加持,這概念很快傳遍「國際地圈–生物圈計畫」(墨西哥會議正是由此組織資助)數千名科學家的耳裡,「人類世」正式出現在全世界的科學論文。


但這真的算是地質改變嗎?改變真的如此顯著,在地層中留下切確的印記?就像1萬1700年前全新世開始時,覆蓋大半地球的廣闊冰河漸漸消融,海平面上升120公尺;人類造成的改變是否同等劇變?260萬年前更新世開始,冰河期席捲地球,難道人類對大地的影響也像當時一樣顯著?地質歷經多次劇烈變動,人類以數百萬年甚至數十億年的時間單位進行分野,我們不過存在短短數世紀,可與其他大變動相提並論嗎?


「人類世」這類想法在19世紀和20世紀初期便曾出現,當時學者例如義大利教士斯托帕尼和美國自然學家勒康堤,都曾提出「靈生代」這樣的名詞,但地質學家不予重視,甚至尖酸批評。無論人類活動多顯著,要怎麼與海洋與山脈的創造和破壞、大規模火山噴發以及天外隕石的驚人撞擊等巨變相比?人類活動如此短暫且轉瞬即逝。


還有另一個問題。侏羅紀、白堊紀、更新世和全新世這些地質學名詞並非表面名稱,而是複雜的地質年代表上一個個正式名稱,寫下地球46億年間演化、物種繁衍和求生的過程。這些名稱必須經由人們持續數十年蒐集證據並討論,國際地層學委員會才會採納。地質學家非常認真看待這些名稱,「世」(epoch)和「代」(era)都有嚴格的定義;一旦宣告新的「人類世」,就表示科學家認定人類正在改變地球。


「人類世」尚未經過上述的評估,即使克魯琛備受敬重,但他是研究環境壓力的大氣化學家,並非研究岩石地層的地質專家。然而在2008年,英國倫敦地質學會的地層學委員會察覺到,「人類世」越來越常出現在文獻中,簡直就像正式定義的地質年代,學會決定正視這項趨勢。


這群保守謹慎的委員聚集倫敦柏林頓府古色古香的會議室,牆上掛著一幅幅莊嚴的肖像畫,達爾文和許多維多利亞時代的科學巨擘都曾在此出入,人類世的地質學評估會議就在深厚的傳統之下展開。但出乎意料,多數人都同意此名詞「值得」成為地質年代表上的正式名稱,且應該進行詳細審查。地質學家吉柏德是當時國際地層學委員會第四紀地層學分會主席,有權決定地質年代表,他組織一個團隊開始探究這個問題。


「人類世」若要成為真正的地質年代,科學家必須證明人類會留下清晰印記,也就是在地層中形成化石,讓數千萬年乃至數億年後的地質學家能夠立即辨認。對地質學家來說,地層等於地質時間,因此著眼於地層很重要,關鍵是「時岩」(time-rock)間隔:這是指人們能夠敲打、取樣或挖掘(就像研究恐龍骨頭),並且界定出一段地質史的地層。若人類世真有如此深層的地質學意義,而且有機會成為真正的學術名詞,人們就必須證明有獨特的時岩單位存在。然而現在是否已找到足以通過檢驗的證據?


人造礦石鐵證如山


讓我們從礦物開始,它們是構成岩石的基本物質。舉例來說,金屬幾乎都以各種氧化物、碳酸鹽或矽酸鹽形式存在(金是少數例外),人類知道如何從這些化合物分離出大量金屬。自二次世界大戰後,我們已製造超過五億公噸的鋁,相當於整個美國被廚房鋁箔紙覆蓋。我們已經棄置數十億個罐頭、器具、香菸包裝襯裡和其他廢物,當成垃圾掩埋,純鋁漸漸成為現代沉積層的一部份。


最近一次礦物大量生成,發生在大約25億年前,當時大氣開始富含氧氣,大量氧化物(例如鐵鏽)和氫氧化物把灰色大地意外染成紅色。如今人類合成出許多化合物,再次大幅增加礦物種類,如常見於各種工具和筆尖圓珠的碳化鎢。最特殊的也許是「似礦物」(mineraloid),例如玻璃和塑膠。二次大戰前,塑膠僅限蟲膠、電木和嫘縈少數產品,但至今年產量已攀升達三億公噸,相當於全人類的總體重。而且塑膠非常耐用、不易腐爛,會留在環境很長一段時間。


地表的塑膠垃圾已經夠顯眼了,到了海洋裡對地質的影響又更明顯。很多海洋生物都會吞食塑膠,因此塑膠變成化石的第一步就是等動物死去,多數塑膠最後就留在海底泥土裡。還有肉眼不可見卻更普遍的微型塑膠(microplastic),例如合成衣物脫落的纖維,即使在深層海底,每平方公尺的泥土裡都可找到數千條纖維。


人造岩石也遍佈各處。混凝土以驚人的數量佔據地表,我們已製造約500億公噸,大約每平方公尺地表就有一公斤混凝土。混凝土是建築物、道路和水壩的基礎材料,現在把城鎮底下的土壤翻開,也常見到混凝土的碎塊。再加上人造磚頭和陶瓷,這些都已成為人類世的特徵岩石。我們把數量龐大的人造岩石灌入地殼表層,用大型機具開挖爬犁土壤以建築房屋和種植作物,等於重新改變地殼物質的分佈。如今,人類對沉積物的影響已高於河流和風等自然力量。


細數化學記錄


過去一個世紀,人類加速生產新物質,包括在地層上堆積鋁、塑膠和混凝土,化石燃料是這些行為主要能量來源。燃燒後的副產物極為大量,在沉積物留下各種化學印記。自工業革命以來,大氣層內二氧化碳增加速率大約是冰河消融開啟全新世時的100倍。地球的極冠凍結了一層層冰雪,人類排放的二氧化碳便以氣泡形式保存在冰河地層中。


燃燒也製造煙,不完全燃燒的顆粒非常微小且活性低,覆蓋在地表,形成可以存續很久的地質印記。隕石撞擊引發的火勢曾在地層中留下類似的痕跡,界定了白堊紀和第三紀。燃燒化石燃料產生的碳也富含較輕的同位素碳12(12C),容易被動植物吸收。等到這些生物死後變成化石,碳12便成為人類世永久的印記。


大規模農業耕作也投下化學的陰影。人類農耕大約始於一萬年前,但直到20世紀初才開始大量使用含氮肥料;利用哈柏包希法可從空氣中抽取氮,再加上開採磷礦製成磷肥,嚴重影響土壤、水和空氣,留下明顯的化學印記。農業地區的風挾帶這些化合物,污染了高緯度湖泊。肥料也從農田流入溪流和河川,最後流進大海,刺激浮游生物大量生長;等到它們死亡、腐爛,就會產生「死亡海域」,把海底生物悶死,這種區域每年擴增數十萬平方公里。後代子孫將透過地層裡的化石得知這種慘況。


其他的人造化合物,例如殺蟲劑這類長期的有機污染物,以及戴奧辛之類的有毒工業化學物質,也已造成許多污染。有些物質可存續數個地質年代,就像古生物學家現在藉由古代藻類產生的長鏈碳化合物,追溯數千萬年前的氣候狀況。


每次核彈爆炸,便可在大氣中偵測到飄散全球的微小放射性顆粒。目前固然只有少數核彈曾用在戰爭,但從1945年到1990年代末,許多國家在大氣層試爆了超過500枚核彈,放射性顆粒飄進土壤、極冰和海底沉積物中,動植物再吸收進體內。這種放射性地層是人類世最荒唐的印記之一。


人類正在製造化石


人類顯然也在地球的生態環境留下印記。短短幾千年前,人類還只是地球生物相中不重要的小角色,如今卻稱霸了陸地和海洋。人類使用了地球大約1/4的生物來滿足自身需求。結果人類總體重是所有陸生脊椎動物的1/3(只以體重為根據),其他約2/3是做為我們食物來源所畜養的動物,野生動物最多只佔5%。人類開拓大片土地,擾亂野生動植物的棲息環境,刻意或不小心帶著動植物橫越地球,大幅減少全球生物相的差異。我們也消滅很多物種,再過一、兩個世紀,生物多樣性可能會再遭遇災難,像恐龍滅絕一樣。上述劇變將顯現在化石序列的驟變上。


另外,人類也製造大量「生痕化石」(例如恐龍的足印和海蟲挖掘的通道)。我們礦場和鑽孔鑿得非常深,穿行地底數公里,成為永久的疤痕;地表的城鎮和都市景觀也對應了地底的地基、管道和地鐵系統。


永久重塑或一抹即逝?


總而言之,人類留下大量新的地質印記。這些結果是否永久重塑地層,界定出一個正式的地質年代?或者,等人類消失,地球會不會迅速恢復正常,把我們的痕跡抹去,如同雪萊詩作中雄偉的奧茲曼迪亞斯帝國面臨的命運?現在討論為時尚早。


幸好40億年的地質史給我們一些教訓。地殼上升之處,例如推升的山脈,表面構造受到侵蝕與沖刷,讓沉積物顆粒流入遙遠的海洋;地殼沉降之處,例如很多重要河口三角洲的下方,地層不斷堆積,保存如葉痕、細枝和足印等短暫的痕跡。因此受板塊力量推高的舊金山,似乎註定風化殆盡;向下沉陷的紐奧良、上海和阿姆斯特丹,則留下大規模建築遺蹟,連同鋁、塑膠、陶瓷,金屬填充的牙齒和人工髖關節也一併保存。數百萬年後,這些地層受板塊力量推升,新誕生的峭壁就會顯露出獨一無二的人類世地層。


化石和人類行為的長期後果都有永久存續性,與是否為人類世息息相關。終結白堊紀的隕石瞬間撞擊地球,當下衝擊波僅持續幾小時,卻塑造往後數百萬年的生物狀況,至今依然餘波盪漾。假如沒有那次撞擊,我們可能不會出現,恐龍可能依舊統治地球。


人類造成的衝擊雖快但沒那麼突然,卻也同樣從各方面改變地球,人類消失很久後也許都留下痕跡。很多趨勢正加速發展,例如物種滅絕、氣候變遷和海平面上升等才剛開始。無論何時終結化石燃料時代,效應也消失得很緩慢,可能延續數千年。(文明發展於環境穩定的全新世,但接下來人類必須適應不穩定且不斷變動的地球。)


我們還可能在另一面發揮長期影響力。相比隕石撞擊或冰河消融的地質力量,人類更加複雜且變化多端。智力、操作工具的能力及高度的社交互動讓我們傳遞新知識,成為特別的地質力量;這些特徵讓人類發展科技、維繫生存,科技也年復一年加速發展。


這種新興的「技術圈」(technosphere)是生物圈的副產物,由美國杜克大學榮譽教授哈夫所創。技術圈有自己的發展動態,我們只能掌控一部份,而且不久之後這些人工智慧(AI)有可能與我們分庭抗禮。足以決定地質史未來的全球變遷因子中,技術圈是難以預知結果的因子,它可能製造出另一種「人類世」,只是屆時人類已不是主角。如今,科學家只能決定如何描述現在的特性。地球受到人類快速、深層且永久改變,人類世究竟應不應該正式列入地質年代表?


對於做最終決定的地質學家來說,目前未有定論;在這之前還必須先解答一些重要的問題,例如,人類世從何時開始?答案從數千年前(人類剛開始大規模改變地質組成)到遙遠的未來(等到我們的影響全面表現出來)都有。從實際的觀點來看,最適當的交界應當劃在20世紀中葉,當時無論是人口、能源消耗和工業化都「大幅度且迅速增加」,之後的地層中混凝土、塑膠和鈽含量急劇上升,生物圈也留下轉變的印記。


地質學家正在尋找適當的「黃金鉚釘」,也就是精心挑選的參考點,做為新地質年代的標記。也許是放射性原子核或碳粒子,保存在格陵蘭和南極洲冰層、遙遠湖泊和峽灣的沉積層或是未受干擾的海底;或者可能有其他的印記,例如保存在樹輪和每年珊瑚生長帶裡的微小化學反應差異。無論如何,搜索證據的行動正如火如荼展開。