[中配]揭秘北美的冰河時代：地球的形成之旅

火山噴發 這些巨大的力量 留下了一串地質謎團的蹤跡 本集時間旅程回溯 探索冰雪如何塑造現代北美 地質學家發現 北美的氣溫全年平均降至26華氏度 八倍於帝國大廈高度的冰牆 覆蓋了大部分北美 並且冰川創造了該國一些 最令人驚嘆的地質奇觀 烈變化 冰封立蓋 削平了大陸的山脈 並阻擋噴方向 冰川塑造和雕刻 美國地貌的全部程度 仍然不清楚 現在隨著科學家們 研究美國冰河時代的巨大地質影響 這一點才逐漸變得清晰 幾個世紀以來 美國早期的地質學家 對北美大部分基岩上 刻印的神祕痕跡 以及隨意散佈在土地上的 孤立石堆感到困惑 這些特徵是遠古時期 大洪水的證據 但在1847年 一位新任的哈佛大學教授 提出了一個激進的新想法 智學家路易斯·阿格西 在他的家鄉瑞士 將北美的地形和岩石 與山地冰川的地質進行了比較 他基於十年前 在瑞士阿爾卑斯山 發展起來的理論 宣稱北美曾深埋在冰層之下 阿卡西的哈佛工作 使他在當時聲名顯赫 但是他冰河時代理論的最終證據 還得等到1950年代纔出現 那時來自大西洋海底的新證據 揭示了這一切 這些證據至今 仍存放在邁阿密大學的 這個冷藏實驗室裡 這成千上萬的塑料管 為科學家們提供了一個獨特的窗口 讓他們可以回顧 古代地球的氣候狀況 所以這些確實是讓人們瞭解到 冰川時期變化的起點 泥心是由海洋學家 切薩雷·埃米利亞尼收集的 他鑽得越深 回溯的時間越久 他抽取到的樣本也就越古老 這些是深海泥土的鑽心 泥土中含有小型生物 他們記錄了生物生存時的 溫度 鹽度 以及其他環境條件 那些微小的海底生物 被稱為有孔蟲 和化學成分 根據生長環境中的水溫而有所不同 所以泥層中不同的海洋生物 就像微型溫度計 記錄了地球過去 不同時間的冷熱情況 他們揭示了大約200多萬年前 下48週的平均年溫度 約為56華氏度 比今天高出大約3度 然後氣溫開始持續下降到零度以下 並且一個月接一個月的保持在那裡 在地質學上 以驚人的速度發生了巨大變化 在一萬年內 全年平均氣溫 降至僅有26華氏度 和芝加哥的冬季平均氣溫相同 即使在今天 科學家們仍不確定 是什麼導致溫度如此快速地下降 地球軌道的變化 軸心角的改變 甚至喜馬拉雅山脈的形成 都是主要嫌疑犯 一件事是確定的 全年氣溫低於零度 雪從未融化 會帶來超過四千萬噸的積雪 不斷增加的重量 壓縮成厚厚的冰層 美國的冰河時代開始了 接下來發生了事情 一個重要線索 在伊利諾伊州 鄉邊鎮外的一個石料廠 在像這樣的石礦中 通常埋藏在地下深處的岩石 通過商業爆破而暴露出來 這是地質學家有機會檢查 他們通常看不到的岩石 這塊位於沙子和卵石岸邊的 岩石是北美過去幾十萬年 歷史中一個非常重要 且顯著的證據 這就是我們所說的漂利 這是一塊不屬於這裡的岩石 這塊岩石 travel了數百英里 纔到達這個地方 事實上 這是一種通常在加拿大 發現的花崗巖 不知怎麼的 它已經來到伊利諾伊州 但這並不獨特 在所有北方州 形狀和大小各異的岩石 被傾倒在不屬於他們的地方 這個和電梯一樣大小的 就是在紐約的中央公園內 它最初來自新澤西 而這個大小和一輛汽車差不多 重量也相等 來自安大略以北500英里處 科學家們已經弄清楚了 這些巨大岩石 是如何被運輸到如此遠距離的 500萬年前形成的冰蓋開始移動 作為巨大的冰川流經北美 一些非常大的岩石 可以被字面上冰凍 在他們原來的地方 然後被拔掉 運輸到冰川中 並像傳送帶一樣 移動數百英里 最終在我們找到的景觀 或這樣的岩石漏頭處 調查人員面臨的下一個挑戰是 找出冰層流動的具體距離 為完成這個任務 他們決定飛往空中 在清晨的光輝中 布朗發現一座神祕的小山丘 在平坦的伊利諾伊平原上 格外顯眼 剝去偽裝的樹木層 這座山丘的形狀 向布朗揭示了它形成的祕密 這片輕微起伏的景觀巖深 約四百英里 我們觀察地形及其形成方式 因此我們可以利用這一點 來揭示冰河時代的歷史 布朗正在研究的地形 是一堆廢石 地質學家稱之為冰圈 這是一種冰川 從地球上攜取脫葉 並傾倒在前緣的碎屑積累 這座小山標誌著冰川 最終停止向南流動的位置 美國各地的地質學家 記錄了其他冰丘的位置 幫助他們精準繪製 北美冰蓋的擴展範圍 近三分之二的北美大陸 被冰層覆蓋 迄今為止 研究美國冰河時代的科學家們 在海洋沉積中 發現了微小的溫度記錄海蟲 表明美國在冰河時代初期 溫度下降了27度 同時也發現了岩石和Debris 組成的冰滴丘 繪製出冰蓋停止的地點 但冰凍的混沌並沒有就此停止 地質學家當前面臨的挑戰是 弄清冰川是如何形成 現代北美一些最著名的 地貌特徵的 五年前氣溫下降 巨大的冰層 如冰川一樣 擴展到北美的大片地區 地質學家們開始探索 移動的冰對底層土地 造成了什麼影響 冰流經過的每個地方 調查人員發現了 同樣令人困惑的特徵 石頭沿著相同的特定方式 排列成行式 這是一塊非常好的石頭 骷髏的粒子 這集中在這裡 成一條線的小石頭和卵石 厚度只有一石或兩石 科學家意識到 這些石頭鋪裝 必定是在冰川的底部鋪成的 即使是最堅硬的岩石表面 也有劃痕和溝槽 冰川帶走了其他岩石的碎片 在這個過程中 它會在岩石上留下劃痕 打磨並產生稱為條紋的溝槽 這些劃痕提供了重要線索 幫助揭示冰河時代 如何改變了美國的歷史 我們可以測量它們的方向 它們可以告訴我們 冰流的方向 所以我把指南針 與這塊岩石上的條紋 平行對齊 羅盤告訴我 冰川是從東北方向流動的 從這個方向到那個方向 在美國北部各地發現的 其他岩石上的劃痕 朝著令人困惑的 不同方向奔跑 紐約中央公園的這些 被冰川刮擦過的岩石上 顯示出由來自西北的冰川 留下的劃痕 冰川移動方式不同的原因 只有一個解釋 這些劃痕並不是最初認為的 由一塊冰層所造成 而是由許多不同的冰層所造成 這種前進與後退 景觀變化的現象 發生了很多次 不止一次 而是多次 冰流經過的地方 都會在底層岩石上留下痕跡 這位調查人員提供了大量線索 以幫助建立冰層移動的模式 但要理解整個情況 需要大量的地質偵探工作 這個冰川的進退循環 留下了一個極其複雜的記錄 等待我們去解讀 我們在任何觀察的地方 只能看到這幅拼圖的碎片 比如在一個石礦裡 因此弄清楚這些碎片 如何結合在一起 對我們來說是一個巨大的挑戰 冰雪改變了現有的地形條件 這些變化包括 以一種改變這些地區外觀的方式 侵蝕冰川殘骸 以每日大約兩英尺的速度 在地形上緩慢移動 巨大的Glaciers改變了古老河流的流向 即使是強大的密西西比河 也無法與冰層抗衡 它改變了密西西比河的位置 密西西比河曾經流經伊利諾伊州的中部 一座冰川向州內推進 形成了一個冰壩 阻擋了古老河流的河道 一個巨大的湖泊在冰層邊緣形成 最終溢出 切開了一條向西延伸80英里的新河道 至今沿襲的軌跡 當冰蓋融化時 它們對北美的影響幾乎同樣巨大 它們產生了巨大的洪水 這些水都必須流向某個地方 它形成了一種全新的景觀 出現了新的河谷 新的河道 以及河流流動的新位置 完全重塑了現有景觀的特徵 在岩石柔軟或因斷層而變弱的地方 冰川在地貌中雕刻出了巨大的盆地 當洪水來臨時 這些挖地迅速被水填滿 這裡印第安納 伊利諾伊和威斯康星的每一個自然湖泊 都是由冰川形成的 最大的冰河侵蝕盆地 形成了我們現在所稱的五大湖 北美景觀中 這些充滿水的水坑 大小接近五千五百立方英里 它們所儲存的水 足以淹沒整個紐約州 深度超過六百英尺 但這僅僅是冰川退去時 釋放出的近三千零零零水量的一小部分 比今天地球上每一條河流所含的水 多出超過一百倍 洪水以每分鐘四千兩百萬加侖的速度 沖下尼亞加拉斷崖 每秒鐘一百五十個奧林匹克 標準游泳池的水量 這條溝河穿過堅硬的岩石 長達七英里 深達一百八十英尺 冰河時代造就了現代世界 七大奇蹟之一 尼亞加拉大瀑布 調查人員下一個挑戰是弄清楚 冰層為何如此頻繁地前進和後退 直到1960年代中期 才發現了第一個真正的線索 美國軍方在地球上一些最偏遠的地方建立基地 這是一個理想的北極實驗室 永遠被極力冰蓋覆蓋 除了早上 地質學家意識到 通過中空鑽頭提取的冰芯 保存著獨特的歷史記錄 這些冰芯以及自那以來提取的許多其他冰芯 都存放在科羅拉多州丹佛的一間實驗室 我們正處於古氣候的金庫中 你在這些管子裡看到的是黃金 就我們對氣候的認識 以及過去50年所學到的氣候知識而言 這些管子裡裝的是三英尺長的冰塞 每個都是從一層又一層壓實的雪中挖出來的 但真正吸引科學家的是冰層內部所困擾的東西 隨著每年性雪覆蓋在去年積雪上 它在鬆散和壓實的層中積累 空氣被困在雪花之間 冰芯是我們唯一的檔案 實際上是我們擁有的非常好的過去大氣檔案 在冰芯中你可以看到微小的氣泡 而這些氣泡是空氣是來自 十萬到一百萬年前的純淨空氣 氣泡越深空氣越古老 它不僅包含溫度信號 還包含告訴我們大氣循環情況的塵埃信號 它記錄了大氣特別是溫室氣體 每一層冰對應著地球歷史上一個精確的時間 那時雪首次降落 因此通過分析某一層的氣泡 科學家們可以推測出 地球大氣在過去某一時刻的情況 想像你在寫一本書 每年你都往那本書裡添加一頁 而這些頁面就這樣一層一層疊起來 氣候科學家們隨後逐頁逐頁地研究 閱讀這份記錄地球氣候的冰凍資料 揭示了美國冰川的生長與退卻 遵循著一種明顯的模式 在過去的百萬年左右 發現主要冰川的週期非常規律 大約每十萬年一次 一些理論表明這些寒冷時期 與地球繞太陽公轉軌道的變化相關 但冰心揭示的並不僅僅這些 懷特所研究的冰心表明 冰河時代持續的時間越長 情況就越糟 大約在四十萬年前 我們經歷了一個冰川活動較少的時期 接著進入了一個非常大的冰川時期 目前為止地質學偵探們已經發現了 關於美國日益嚴重的冰川時代 如何形成該大陸一些重大特徵的證據 刮痕岩石顯示了冰川 如何在北美大陸上磨石前行 冰心記錄了一個十萬年的冰凍與融化週期 以及隨著冰河時代的繼續 溫度不斷降低的過程 但是新的線索表明 美國的冰河時代的巨大影響 並沒有就此停止 接下來的調查探討了冰 如何扭曲地球的形狀 並改變整個北美大陸的海岸輪廓 平均氣溫驟然下降 移動的冰川將堅固的冰層 擴展到伊利諾伊州以南的地區 調查人員著手探究 這些冰層有多厚 以及那沉重的冰對北美產生了什麼影響 我們的第一個線索是在紐約州的雄山上 沒有人確切知道來自西北的冰層有多厚 但我們現在正站在海拔約1280英尺的雄山頂上 我們這裡看到的是一系列的擦痕 這些是冰川侵蝕的特徵 它們是由嵌入非常厚的冰川基地的 大塊固體岩石形成的 那些巨石撞進了這塊基岩表面 隨著冰川在雄山上移動撕扯掉一些岩石 查爾斯·麥奎裏安在山頂的發現 顯示了冰川推進時的厚度 冰川冰層對這座大山毫不在意 毫無疑問冰川冰層就像別的山根本不存在一樣 一路經過 大多數人認為這個冰川冰層的厚度 這些痕跡清楚地證明 紐約的冰層一定比帝國大廈高出大約四倍 這樣的數據使麥奎裏安能夠估算 埋藏在北美的冰的總量 這令人震驚的是 冰的體積達到1700萬立方英里 想像一下這塊冰大約六英寸厚 這是覆蓋北美的冰層 形成於上一個冰川時期 你需要幾百億個這樣的 也許需要1000億個 這個數字大的幾乎難以想像 這塊冰重27磅 體積僅為半立方英尺 覆蓋美國的冰層有1700萬立方英里 當科學家計算冰的總重量時 這是一個幾乎難以理解的龐大數字 顯而易見 這樣巨大的冰重不僅僅影響了美國 它扭曲了地球的形狀 我這裡有一個沙灘球 上面描繪了整個地球和每個大洲 而這裡就是北美的輪廓 在冰河時代 雪開始在加拿大積累 隨著冰層的加厚 它開始從積雪中心流動 向南進入北美 達到其最大範圍 就在伊利諾伊州 當它這樣做時 這塊冰層是大陸下沉 以地殼位於科學家稱之為地幔的層之上 地幔是半熔融的岩石 表現得有點像熱的粘稠的塑料 廣袤的冰原重壓著內陸地區 同時使得海岸線的部分區域 從海面隆起 但調查人員也發現了 冰川改變美國海岸線輪廓的其他方式 以及定義我們今天所見大陸的海洋邊界的證據 一個重要的線索出現在邁阿密市中心 令人意外的是 是在一座市政法院中 我們現在在這座建於二十世紀初的宏偉建築前 是因為它外表所使用的材料 這些石頭是由化石珊瑚礁構成的 如果你知道自己在看什麼 它實際上可以告訴你很多關於佛羅裏達的過去 甚至可能是它的未來 珊瑚石是由微小海洋生物的堅硬碳酸鈣骨骼構成的 這些生物只在非常淺的水域生長 但這座法院的石頭是從一處古老的珊瑚礁開採出來的 而這處珊瑚礁如今距離現代海洋一英里 且高於海平面 我站在這裡 海拔約五到六英尺 沿著這面約六英尺高的岩石面走 這塊岩石的有趣之處在於 它實際上是由化石珊瑚組成的 而我們今天站在這些化石珊瑚之間 說明在過去 我們此刻可能會沉沒在十到十五英尺的水下 這些珊瑚石的年代約為十三萬年前 這意味著當時邁阿密周圍的海平面一定遠高於今天 當專家們試圖弄清楚當時海平面為何如此高時 關於佛羅裏達珊瑚礁的新證據浮出水面 而這個謎團愈加深邃 在邁阿密沿海 潛水員發現了一處現在沉沒在水下四百五十英尺的珊瑚礁 這些珊瑚大約在兩萬五千年前生長 而由於這樣的珊瑚礁只會在潛水中形成 科學家意識到那時的海平面一定比今天低得多 海岸線的位置將會完全不同 現在我們離勞德代爾堡大約兩英里 正處在海灣流的邊緣 但在二三零零零到兩萬五千年前 海平面較低的時候 我們就在這裡離海灘很近的地方坐著 我們會看到今天海洋和高樓大廈的地方 我們將面朝一片沙灘 前方是一座緩緩起伏的山丘 研究珊瑚記錄的調查人員發現 海平面的長落反復改變了整個美洲的形狀 如果你看看北美的輪廓 那個我小學時學會畫的輪廓 如果我們生活在幾年前 我會用不同的方式畫佛羅裏達 兩萬五千年前當海平面較低時 佛羅裏達的面積是現在的三倍 因為更多的土地露出了水面 地質學家意識到沿海的海平面變化 與陸地上冰層的不同水平直接相關 那個發現是理解冰河時代所做之事的關鍵 水從海洋中蒸發後 在大氣中凝結形成雪 但是在寒冷的時期 那些雪在陸地上積累成冰層 由於全球大部分水資源被冰鎖住 海洋的水量顯著減少 導致海平面下降 當地球寒冷時 陸地上的冰更多 海平面因此更低 當地球變暖時 陸地上的冰減少 海平面上升 這很有道理 因為當冰融化從陸地上流走時 它必須進入海洋 冰如何雕塑現代北美的故事 正逐漸接近當今 紐約州上部的聊天痕跡顯示 冰層厚達一英里或更多 古代珊瑚礁證明瞭海洋水位 一次又一次發生變化 宇春塑造了這片大陸 現在科學家發現 它還揭示了一座通往其他土地的橋樑 並塑造了人類的未來 北美的冰河時代始於二百萬年前 隨著地球圍繞太陽的運動 北美的氣溫出現波動 十三萬年前 它享有溫暖的熱帶氣候 於是兩萬五千年前 氣溫比以往任何時候都要寒冷 冰川覆蓋了北美三分之二的地區 冰層深達一英里 現在的調查研究了這些嚴寒溫度 如何改變了北美人類歷史的進程 紐約州的佩斯利洞穴 科學家們正在發掘人類留下的重要線索 證據是分化石 化石化的人類排泄物 這個地點是美國發現的 最古老的人類遺骸的所在地 這些遺骸經過直接鑑定 DNA顯示大約有一萬四千三百年前 來自西伯利亞的人類 曾來到這裡 如今北美與西伯利亞之間 隔著開闊的水域 但是來自西伯利亞的人 出現在美洲的土壤上 是有力證據表明 大約一萬四千年前 必然有一條路橋連接了這兩個大陸 地質學家知道 鎖定在陸地上的冰所包含的水量 意味著海洋中的水會減少 對美國未來更為重要的是 退卻的太平洋和北冰洋 使得美洲與西伯利亞之間的海底 高高露出水面 存在一個疑問 一萬四千年前 生活在佩斯利洞穴的人 很有可能通過海路抵達美洲 但這個理論被這一文物的發現削弱了 這是一個用駱駝骨雕刻而成的工具 駱駝骨屬於一種被稱為西部駱駝的動物 你可以在這裡看到骨頭的彎曲 這是骨頭的外側 它本會沿著很大的弧度一直向前延伸 他們所做的就是把這一塊鋸下來 接著在這裡鋸入齒部貫穿整個部分 在這裡死去的動物 是現在在亞洲發現的雙蜂駝的古老祖先 很少有人知道它是在美國進化的 駱駝在這裡已經存在了大約四千萬年 讓我感到驚訝的是 人們竟然不知道駱駝曾經在這裡 事實上迄今發現的最早駱駝化石 是在南達科他州發現的 比世界其他地方的發現早出數百萬年 這些發現清楚地證明瞭 駱駝是在美國進化的 並且曾經在地球上的其他地方不存在 因此無法通過海洋遷移的駱駝 只能通過陸地橋進入亞洲 但仍然存在一個謎團 化石記錄顯示 駱駝在一萬兩千年前從北美消失了 科學家們想知道原因 毫無疑問在上一個冰河時代結束時 我們看到西半球的物種數量顯著減少 那到底是什麼導致這些事情的呢 天氣變化如此劇烈如此迅速 以至於他們無法適應 在丹佛的冰心實驗室 吉姆懷特正在檢查一份可能證實 冰川時代導致駱駝滅絕的證據 這是一塊非常迷人的冰 也是我們收藏中最重要的冰塊之一 這是氣候變化的頓時刻 證據是一根冰心 這是一種凍結的時間膠囊 記錄了一萬兩千年前北美的溫度 這表明美國突然變得更冷 翻開了氣候的書籍 如果我們從今天開始閱讀這本書 回到過去那就是第一萬兩千頁 試想一下從這一刻起往回推 我們經歷了千年寒冷 最後喘息的證據 另一場美國迅速冰凍的事件 這些急劇的氣候變化 可以在五十年或更短的時間內 造成十攝氏度的溫度變化 每年持續幾年的攝氏度溫度變化 那是溫度下降了十六華氏度 你正在經歷 從邁阿密到蒙特利爾那種氣候變化 大寒潮的發生極為迅速 從溫和到冰冷不足一個世紀 但它持續了將近一千六百年 這場極端的嚴寒 對北美的駱駝猛馬像 及其他大型動物來說 實在是太過嚴酷 我們正經歷著氣候變化的過山車 想必在那個時期的植物和動物們 承受了極大的壓力 海的最後一次致命寒潮 在一萬年前結束 這是冰川最後一次向大陸推進 科學家們調查美國冰川推進的遺產時 發現了有力的證據 表明冰川導致海平面下降 暴露出一條連接西伯利亞和北美的路橋 而這個冰心記錄了 冰河時代最後致命的深度冰凍 接下來科學家們研究大冷卻的結束 如何標誌著美國今天享受的 溫暖時期的開始 這可能對他的一些偉大嘗試著災難 超過兩百萬年的深層冰凍 見證了巨大的冰層在北美橫掃而過 那冰川壓碎 雕刻並淹沒了土地 形成了美國一些最具代表性的地質特徵 密西西米河和尼亞加拉大瀑布 都是由推進和隨後退卻的冰川作用形成的 在過去的一萬年裡 地球經歷了越來越溫暖的氣溫 而冰層的消失 對北美大陸產生了其他同樣顯著的影響 冰川改變了地形上的現有條件 這改變了我們在這個環境中的生活方式 我們的飲用水來自這些材料 我們豐饒的農業土壤是這一遺產的一部分 世界上最富饒的農田就在這裡 北美 僅從經濟角度來看 農業數十億美元的生產力 直接源於冰川時代 在冰河時代 北美的廣大地區被冰川覆蓋 如今他們僅覆蓋29000平方英里 美國日漸消失的冰雪是一種寶貴的資源 僅在華盛頓州 每年夏天融化的冰川 提供4700億加侖的飲用水 但這需要付出代價 國際將海平面抬高一英尺 而且這個速度正在加快 研究海洋生物的科學家們 正在親眼目睹其影響 珊瑚動物本身就像人類一樣建造城市 隨著海平面的變化 珊瑚必須移動 隨著海平面下降 它也不得不隨之下降 隨著海平面上升 它必須跟隨海平面上升 作為人類 面對海平面變化 我們必須問自己 我們的城市是否也需要 像珊瑚礁一樣適應 目前全球大約10%的陸地表面 約600萬平方英里覆蓋著冰蓋 如果當前的升溫趨勢持續下去 蒙大拿州的冰川國家公園中的所有冰川 將在2030年之前消失 今天北美最長的冰川 是位於阿拉斯加的白令冰川 它長130英里 寬10英里 並曾深達半英里 曾變薄了 冰川到達海洋的地方 薄了百英尺 如今融化的冰量如此之多 每年至少湧出7立方英里的洪水 水量是整個科巴多河長度的兩倍 北極海冰面積減少了2.5英里 相當於德克薩斯州和新墨西哥州的總面積 如果地球的冰以這樣的速度繼續融化 它將再次重回美國的海岸線地圖 這就是1995年時佛羅裏達的樣子 這是100年後可能的樣子 超過400萬英畝的損失 2010年時有150萬人居住在這裡 海洋目前的上升速度 到下個世紀末 即2200年 這將是佛羅裏達州的海岸線可能呈現的樣子 這裡是邁阿密 到那時 這座城市的海洋大道 可能會變成海底道路 回歸到13萬年前的海平面 調查美國冰河時代的地質學家們發現 冰的力量在塑造現代北美方面 發揮了重要作用 海泥中的生物如同微型溫度計 記錄了美國冰河時代的開始 莫雷恩山丘證明瞭移動的冰川 曾經推移的足夠遠 以至於將整個大陸的三分之二 覆蓋在冰層之下 紐約州北部山頂上的新月形痕跡表明 冰蓋的厚度超過了一英里英 古老的珊瑚礁證明瞭 在美國兩百萬年的冰河時代中 海平面曾多次變化 調查揭示了冰雪如何塑造 美國地質的全貌 隨著北美的冰層融化 揭示出一片被埋藏了數千年 有時甚至數百萬年的地貌 活生生的證據 證明地球從未停歇