看似不起眼的企鵝糞便，其實保存了海洋、湖泊、生物的信息。研究企鵝糞，可以了解歷史的變化：一個是了解企鵝的生態歷史；一個是在企鵝糞和企鵝毛裡面，可能保存著幾千年，甚至上萬年前人類的活動歷史。其實世界值得探索和研究的東西，遠比我們想像的多……
出品："格致論道講壇"公眾號（ID：SELFtalks）
以下內容為生態學家、中科大地球空間科學學院教授孫立廣演講實錄：
1998年以前，我曾經多次做夢，夢到自己像鳥兒一樣，在天空中自由地飛翔，但我從來沒有夢到過去南極。
有一天，我突然接到一個電話：「孫老師，你願意去南極嗎？」這個時候我的感覺是什麼？喜出望外！
但是，我的一位研究生，我要派他到南極去的時候，他很嚴肅地告訴我：「孫老師，你要知道，我父母親只有我這麼一個兒子！」他是膽小嗎？不是，是他知道不少關於南極的探險故事。
冰天雪地的危險
去南極是有風險的，你現在看到的雪龍號，那麼的安詳、穩重、壯觀，進去也感到很舒服。
但是它到了太平洋就是一葉扁舟，過了赤道、進入環南極、進入西風帶的時候，你五臟六腑都可能吐出來，暈到天翻地覆，眼看著冰山過來了，死神就在不遠處。
等到這個時候，有人就發誓——我再也不來了！我有一個校友就是這樣，他去南極吐得不得了，回來以後就向我發誓他再也不去了，他總共向我發過兩次誓，但是他去過三次南極。
這還沒完，到南極大陸周邊海冰過來的時候，就要卸貨了，這時候就要坐上雪地車。
當雪地車在冰面上走的時候，那感覺真的是如履薄冰、如臨深淵。雪龍船員下船的時候，他們就處在這兩種狀態之中。
一個真實的小故事——有一位雪地車的船員，裝了貨物開始走的時候，幾米厚的冰裂開了，車體往下降，他自己從天窗上爬出來，撲到冰面上逃生了，接著那個雪地車就掉下去了！
深度多少？一兩千米！你說驚險不驚險？
到了冰面上，裂縫就像一個個陷阱，表面上都是雪蓋著的，一不小心人和車就掉下去了。為什麼我們沒有掉下去？
因為我們有很好的保護，車和車之間有鐵鏈拉著，人和人之間有繩子拉著，你掉下去了再拉上來。
到了南極，如果你碰到乳白色的天空，那就更可怕了。你們可能看到過沙塵暴，但是可能沒有看到過冰塵暴。在南極如果碰到冰塵暴，你可能就完了。因為它一吹起來不是幾個小時，而是好幾天。
冰塵暴是怎麼回事？強烈的下降風把冰吹成粉末狀飛向天空。有個韓國炊事員在管食品的過程中就被吹下去了。為什麼我要描述得那麼驚險那麼恐怖，因為事實就是這樣。
拓荒者的南極大陸
但是，我們的科考隊員還要去，每年去幾百個人，為什麼要去？他們為什麼兩次發誓三次去南極？有的人去了十幾次，為什麼？
因為這是國家的需求，但每個人去南極的想法都是不一樣的。我不能代表他們，我只能分享我自己的理由。
首先，我對南極充滿了好奇心。毛主席有一句詩：已是懸崖百丈冰，我想去南極看看這樣的百丈冰。
其次是我有強烈的求知慾望。南極大陸是給拓荒者、探索者去的，那裡有很多的奧秘。
前人給了我們那麼多知識，我們不能老是享受別人的知識，還應該自己去創造知識，讓後人去享受，這才是科學工作者的本分。
這些都是我的想法，但是談何容易？
照片裡的腳印，是我們的科考隊員留下來的。整齊的一行腳印，後人跟著前人的腳印在走，為什麼？
避免危險——每一步都可能是有危險的。
這給了我一個啟示：沿著前人的腳印走，永遠走不出自己的腳印，所以必須要另開新路。我去南極，地質、環境、空間，什麼都有人做了，我只能做別人沒有做過的工作。
別人沒做的工作，只有三種情況：一、沒意義；二、硬骨頭；三、沒想到。
我們要做的是別人沒想到的。於是我坐在陽臺上想了七個晚上，終於想到一招——第一，在人家的邊界上去做；第二，我要尋找到別人以前沒有做過的東西，企鵝糞。
為什麼是企鵝糞？
企鵝是一個邊界動物。它是鳥類，但是又在陸地上生活繁衍；在海洋裡取食，實際上是把海洋裡的食物消化了，以糞便的形式出現在陸地上。這樣就完成了一個海洋——大氣——陸地的大尺度的循環。
這樣的循環保存了海洋的信息、生物的信息，同時也保存了湖泊的信息。
研究企鵝糞，可以了解歷史的變化。糞便流入一個湖泊、一個積水區的時候，可以看到，最底部的是最老的，最上面的是最新的，如果這個沉積物有一千年的話就有一千年的歷史，有三千年的話就有三千年的歷史。
糞裡面有很多信息，有元素、有同位素，還有企鵝的毛、企鵝的骨，植物的殘積等等，它就是歷史的文字。
我們再用碳十四（C14）、鉛、鍶這些傳統經典的定年方法，來測這些糞便的年齡，這些年齡就是歷史的頁碼。
所以，我可以通過企鵝糞來了解歷史的變化，我還可以了解海豹的歷史變化，甚至可以研究出來南極海洋裡磷蝦的數量變化。
因為企鵝吃的是磷蝦，海豹也吃磷蝦，鯨魚也吃磷蝦。磷蝦很可憐，處於食物鏈底端。
但是它很偉大，如果磷蝦的數量減少了，其他生物的也要減少，所以磷蝦在食物鏈裡起一個非常重要的作用。
所以我選擇了企鵝、磷蝦、海豹，這三個作為我的研究的支撐，把南大洋的食物鏈給搞清楚，這是非常有意思的事情。
研究企鵝糞，可以得到兩個東西：一個可以了解企鵝的生態歷史；一個在企鵝糞和企鵝毛裡面，可能保存著幾千年，甚至上萬年前人類的活動信息。
說實在的，這是一個大膽的想法，這兩個想法以前沒有人想過的，我自己也不知道它能不能驗證我的想法。但我相信，人類完全有可能把自己的活動痕跡留在這裡。
我們經常講，頭上三尺有神明，其實地下三尺一定也有人類活動的信息，我們做的好事歹事都會在那裡留下記錄。
後來，我的想法確實被證實了。
人類有冶金文明，冶煉黃金就需要汞，汞是揮發的，它通過大氣和海洋這兩個流體，把汞元素從大陸移動到海洋上去，移動到南極洲上去。
而且通過食物鏈，把它富集起來，保存在企鵝糞和企鵝毛骨裡面去。這樣，我們就可以追尋人類文明的歷史、追尋那些丟失的文明。
企鵝與氣候變化
這一想法在一段67.6釐米厚的湖泊沉積裡實現了。
我們在這個企鵝糞裡測了27種元素，其中鍶、氟、硫、磷、硒、鋇、鈣、銅、鋅這9中元素是高度統一的，非常吻合，波形是完全一致的。
這裡面磷的含量特別高，達到5%到15%，其中氟的含量也很高，高出背景值30倍到100倍。這是什麼意思呢？
企鵝吃的是磷蝦，磷蝦裡面氟的含量非常高。這樣一來，磷和氟這兩個元素就證明了，這27種元素裡面的這9種元素是企鵝糞的標形元素，用它們來指示企鵝糞的多少。
多了，就說明那時候企鵝多，少了就說明企鵝少了。如果今天在浦東這個地方發現了老虎糞，那我們就可以肯定老虎到了浦東了，是一個道理。
我們以此來研究三千年來企鵝數量的變化。在距今1800年到2300年的時候，氣候銳減，企鵝數量也銳減，就是說它和氣候變化之間存在著密切的關係。
這是第一次用企鵝糞的方法考證了企鵝的歷史變化。因為企鵝和人不一樣，它沒有給我們留下秦磚漢瓦、也沒有留下金字塔、也沒有留下文字記錄，只有通過這個不成器的、腐朽的糞便了解歷史之間的變化。
後來我們發現了8500年前企鵝的變化、1300年海豹的變化、8500年磷蝦數量的變化。
磷蝦是沒有糞便的，但是我們通過企鵝和海豹的屍骨考證了磷蝦歷史上的數量變化。
這些東西非常有意思，這個文章在Nature上發表的時候，Nature給我們一個評論：這是一種研究湖泊集水區的一種新穎的生物的進化學方法，相信在不久的將來它可能形成一個活躍的研究領域。
果然從這裡開始，我們推出了一個生態地質學的研究方向，也就是我們用地質學、地球化學、有機地球化學等各種方法研究生態的歷史，研究過去沒法研究的，過去一萬年以來的生物的歷史。
我們已經發現氣候變化、溫度變化影響企鵝的數量，後來又發現區域氣候變化同樣影響了企鵝的數量變化。
我們也在研究低氣壓降低，導致底流的上升，導致營養液的增加，導致磷蝦數量增加，導致企鵝數量增加。所以企鵝在冷的時候也會增加，這也是我們的一個新的發現。
海豹與人類活動
海豹毛裡面的汞，果然和我們想像的完全一樣——汞可以在海豹毛裡聚集起來，人類活動在海豹毛裡留下了痕跡。
距今250年的時候，海豹毛裡的汞含量數量大增，比現在還高，但過了幾十年以後，它又降低，降到比過去還要低，這似乎是不可能的，最後證明了什麼問題呢？
在250多年以前，南美大陸新發現了很多金礦。鍊金就必須要有汞，當時冶煉出24萬噸的汞，汞揮發出來以後，影響到南極大氣，影響到生物，最後影響到海豹毛，所以那段時間海豹毛裡汞含量就高了。
後來南北獨立戰爭打響了，金礦關閉，汞消失了，海豹毛裡汞含量就降低了，所以人類所謂的文明的活動，實際上對生態產生了很大的影響。
實際上，我們每個人都在地球上留下了痕跡。這個痕跡就是我們排放的氣體，它已經在南極存在了，也許是十億分之一，也許百億分之一，但是存在那兒了。
大家還記得不記得，2008年整個南方都被大冰雪覆蓋，氣候變暖過程中可以產生突然變冷的這種狀態，這是非常可怕的，在歷史上發生過多次。
距今一萬八千年的時候，末次冰期開始結束，慢慢變暖，變到一萬一千年左右的時候，又開始一個冰凍的過程，叫新仙女木事件。
暖了以後又突然變冷，冷了以後又慢慢變暖，變暖了以後又是一個突然的變冷。
在北極我們也開展了研究工作，在那裡我們發現了距今11200年的鳥飛過來了，那時候冰退去了。
到9400年的時候，一次暖期裡面的冷凍事情發生了，當時海洋裡的鈍貝一下子就絕滅了。
為什麼產生這樣的現象？為什麼暖期會產生這樣的情況？
上圖紅的是熱的洋流，底下是冷的洋流。洋流相當於大海裡的河，它在運動著。
當暖洋在大西洋上空過去到頂的時候，溫度特別高，北冰洋的冰融化了，水變成淡水，鹽度變低了。
而洋流北邊那個頭就下不去了，下不去就往後退，熱流的溫度就上不去，就突然變冷了。
美國有一個電影《後天》，就講述了全球變暖過程中的變冷事件。所以我們都在關心全球變暖，沒有想到在變暖的時候也需要少量的人去研究變暖裡面的冷事件的發生。
250年前，庫克船長到了南極留了腳印，100年前兩個英國人在南極點留下了腳印。
2017年，中國雪龍船第一次穿越了北冰洋，穿過中間通道經過了北極點，它把東亞經濟帶和歐洲經濟帶連起來了，這是一個史無前例的、裡程碑式的重大的事件。
北極留下了中國人的腳印，我感到非常自豪。另外，我們在黃海、南海都留下了腳印。