從氣候角度分析我國古代王朝興衰的規律

在甘肅隴南萬象洞的一根石筍中，記錄了中國過去1810年的氣候變化史，更隱藏著中國古代王朝興衰的密碼。這不是科幻故事，而是以蘭州大學教授張平中為首的研究小組在《科學》雜誌上發表的論文中的觀點。那麼，石筍如何記錄氣候，氣候又是什麼影響著中國王朝的興衰呢？

首先確定石筍年齡

甘肅的萬象洞屬典型的巖溶地貌。洞內深不可測，是目前我國開發的最大的地下天然藝術宮殿之一。萬象洞位於青藏高原和黃土高原之間，海拔1200米。洞穴周圍年平均降水量為480毫米。

研究小組在距離萬象洞洞口1千米的地方採到一根長118毫米的石筍標本。張中平說，地下水中含有二氧化碳，呈弱酸性。這種含有二氧化碳的水，在流經石灰巖層的時候，能夠與其中的碳酸鈣發生反應，使之變成可溶於水的碳酸氫鈣。這種水蒸發以後，碳酸氫鈣又會變回碳酸鈣。攜帶碳酸氫鈣的水滴落地面，然後蒸發析出碳酸鈣，經年累月就「長」出了石筍。

研究人員認為，他們採集到的這件石筍標本從公元190年開始生長，一直生長到2003年它被「拔掉」那一天。那麼，他們是怎麼知道的呢？原來，研究者用了地質學的一大「法寶」——鈾系元素、釷系元素的放射性不平衡現象進行斷代。通過這種方法，可以確定石筍中每一段形成的年代。這種方法相當複雜，卻也非常靠譜，是確定礦物生成年代的最常用方法之一。

寸寸反映降水情況

知道了石筍的生成年代，就可以開始讀取其中包含的信息了。這一次研究人員從中讀取的是洞穴外的降水量。

前面我們已經說過，石筍是水中析出的碳酸鈣累積而成的。那麼，這些水又是從哪裡來的呢？答案是，洞穴外的降水。降水滲入地層，然後從洞頂再滲透下來，滴下的水就析出碳酸鈣，形成石筍。在此過程中，水中所含有的氧元素就通過一系列化學反應進入了石筍所含的碳酸鈣中。

張中平說，因為洞穴石筍碳酸鈣氧同位素組成反映了洞穴外部降水的氧同位素組成，而降水的氧同位素組成又與當時洞穴外的降水量密切相關。這個氧同位素組成用δ18O表示，在亞洲季風區，這個負數的絕對值越大，表示降水量越多，反之則相反。

或許有人要問，通過石筍的生長速率測定外部降水量不是更直接嗎？實際上，通過石筍的生長速率也可以測定一段時間的降水量，但是這種方法解析度較低，而測定氧同位素組成的方法解析度很高，實踐解析度能達到2.5年，也就是說每2.5年都可以獲得一個降水量的測量值。

亞洲大陸變化同步

通過甘肅某個洞周圍的降水，如何知道整個亞洲大陸的氣候變遷呢？

科學家通過研究發現，北半球的氣候是相互聯繫的，變化是同步的，其中的關鍵因素是季風。熱帶的海洋、大氣和亞洲季風相互作用，使亞洲季風可以向世界人口最多的地區傳遞大量的水汽和熱量。季風減弱時，降水就會減少，氣溫就會降低，氣候就會變得乾冷。整個亞洲都會面臨同樣的變化。這和我們平常的認識並不一致：中國一年中有些地方澇，有些地方旱，這是怎麼回事呢？

張中平說，「天氣」是指影響人類活動瞬間氣象特點的綜合狀況，是極短時間內發生的。而「氣候」，是指整個地球或其中某一個地區一年或一段時期的氣象狀況的平均特點。一年中各地的天氣可能會有很多不同，一個地區的天氣也受很多偶然因素的影響。從大的時段來看，亞洲大陸各地的氣候變化是有同步性的。

研究團隊的另一成員、美國明尼蘇達大學博士程海表示，萬象洞的位置處於目前亞洲夏季風的前緣，所以對夏季風的變化十分敏感，其氧同位素也是大範圍夏季風最終的集成結果。此外，石筍記錄與該地區的其他洞穴、樹輪和文獻記錄也吻合。

季風變弱王朝轉衰

我們已經知道，萬象洞外圍降水的多少反映了整個亞洲大陸降水的多少，也就反映了亞洲季風的強弱。那麼我們就可以通過這一根石筍來重建1810年來中國的季風史。研究人員發現，季風強弱和王朝興衰有著明顯的對應關係。

在公元190年到公元530年，正逢東漢末期和中國的長期分裂時期，亞洲季風比較強，但是也有長達幾十年到一百年的波動。

從530年到850年的這個時間段裡，包含了隋朝重新統一中國和唐代的大部分時間。在此期間季風逐漸減弱，然後在公元860年突然降到最低點，隨後回升了一些，保持低水平的穩定，之後又在910年到930年之間有了突然的下降，而這個時間正好對應唐王朝衰落的時間。研究者稱910年到930年這一時間段為「唐末弱季風期」。

而隨後的60年，季風急劇增強，在980年出現一個峰值。直到1020年，季風強度一直保持著高水平。研究者把從960年到1020年這段時期稱為「宋代強季風期」。在這段時間裡，中國稻米產量猛增，人口增長很快。

在1020年之後，季風的強度有相當大的波動，但總的來說還是比較強的。然而在1340年到1360年間，季風強度突然下降，並且在相當長的時間內都保持很低的水平，此時正逢元朝衰落的時期，研究者把1350年到1380年的時期叫做「元末弱季風期」。而1580年到1640年的一段時間也經歷了季風的明顯減弱，這段時期被稱為「明末弱季風期」，此時，明王朝的統治區域內因糧食減產等原因，引發了大規模的農民起義。在1850年到1880年期間有了明顯的增加。而從1960年到現在，季風明顯減弱了。

總的來說，古代的社會生產力低下，抵抗自然災害的能力有限，朝廷也很難有效應對，所以自然災害很容易誘發社會不穩定。季風的強弱影響著農作物的生長，在「民以食為天」的古代，糧食是影響人口、經濟、國力等因素的重要指標，因此王朝的興衰循環與季風的非規律性波動有著密切關係。

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