人类社会演进史，就是一部气候变化斗争史
2022/9/9 7:00:00 科学大院
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今年夏天的极端高温再度让“全球变暖”站在了风口浪尖上。这一人类社会自己导致的气候变化问题正带来各种各样的挑战。
地球“发烧”，人类将走向何处？
事实上，这并非人类在历史上第一次面对气候变化的灾难。回顾气候变化和人类社会演进的历史，我们将会发现：过去数百万年以来，人类曾屡次面对过类似的遭遇，经历了从依附自然、利用自然、到试图与自然和谐发展的历程[1]。以史为鉴，或许我们能有所感悟。
气候变化，没那么简单
或许一提到气候变化，就会联想到最近这些年的全球气候变暖，以及由此导致的极端气候事件频发、山火、南北极冰盖融化等情况——因为它们的确让我们印象深刻。但实际上，气候变化在科学上是一个更为广义的概念：地球的气候自诞生之初就是在不断波动变化的。
通俗、狭义上的气候变化与科学、广义上的气候变化[2]。现在我们日常所说的气候变化是前者，但本文主要讨论后者，二者在时间范围、温度变化、现象和归因上均有区别。
古环境学家们揭示了遥远地质历史时期全球各地的环境变化，比如约7~6亿年前的前寒武纪可能寒冷异常，乃至于似乎存在一个覆盖全球的大冰盖(“雪球”假说)；长江中下游地区在青藏高原隆起之前应该是“大漠孤烟直，长河落日圆”的黄沙万里(点这里看曾经的江南荒漠)，直到2000万年前青藏高原的隆起加强了东亚季风，将其塑造成 “日出江花红似火，春来江水绿如蓝”的江南水乡[3]。
历史学家了解人类社会的历史是通过一部部史书，古环境学家了解地球气候变化的历史则是通过一部部自然史书。地球过去的温度和降水信号被保存在各种各样的沉积物中，冰川、深海沉积物、黄土、湖泊沉积物、石笋……它们以各自的方式封存着气候变化的秘密。为了解密，科学家们上山入海，各显神通，从大自然到实验室，让沉积物开口讲出气候变化的故事，勾勒出了一条条气候变化的曲线。
陕西境内修建高速公路时开挖的新鲜黄土-古土壤剖面。黄色条带为黄土，指示当时的环境较为干冷；红色条带为古土壤，指示当时的环境较为暖湿。中国黄土记录就是一部典型的自然史书，和深海沉积物记录、冰芯记录并列为全球三大古气候记录材料。
图片来源：安芷生摄于2005年
气候变化可能促进了人类起源和演化
历史时期的气候变化是地球本身的自然波动，与地球轨道变化(地球公转离心率、地轴进动、地轴倾斜角度)、太阳活动强弱、地球火山活动、构造运动等多种因素有关。大多数情况下，这些因素并不会因生物活动而受到影响，反而极大影响了生物演化的历程。比如人类的起源和发展就可能与地球的气候变化有关。
人类的祖先其实是树栖的猿类。但它们是怎么从树上下来演化成人类的呢？有学者曾提出一个萨王纳假说(Savannah hypothesis，意为稀树草原假说)：中新世晚期(约700万年前左右)，全球气候变干、变冷，非洲原本的潮湿雨林逐渐变成了稀树草原，一部分猿类随着雨林的退缩而退缩，一部分猿类则适应了稀树草原环境，开始下地生活，由此踏上了人猿分离的路途。
古环境学家发现，在过去600万年前，东非古人类遗址的森林覆盖率大多都只在40%以下，即更多为比较开阔草原环境，这为萨王纳假说提供了支持[4]。还有一种说法认为，其实同一时代的我国西南地区原本也生活有许多古猿，但这里是树林茂盛的热带、亚热带植被，因而在全球变冷中反倒为古猿们提供了一个温暖舒适的“避难所”。所谓“生于忧患，死于安乐”，我国西南地区躺在舒适圈里的亚洲古猿们就没有迈出“落地成人”的这一步。
上图为与树木覆盖度相关的古土壤值累计频率曲线，下图为与树木覆盖度相关的古土壤值直方图，均来自于东非600万年前的1380个古人类遗址。可以看出，大多数遗址的树木覆盖度均指示为草原或稀树草原
图片来源：参考文献 [4]
若干年后，东非这一批适应了在地面生活的南方古猿们又迎来了一次气候变冷危机。2015 年发表在 Science 上的一篇文章[5]，向世人展示了一块非洲距今 280 万年前的下颌骨及牙齿化石，它属于我们目前已知最早的人属(Homo)祖先。280 万年前，人属诞生。
最早的人属化石，距今 280 万年，出土于非洲。
图片来源：参考文献[5]
有学者通过模拟研究做出过如下推测[6]：约500万年前，印度尼西亚海域的海陆分布和洋流状态同现代还有很大不同，那时新几内亚岛(New Guinea)比现在的位置更靠南，哈马黑拉岛(Halmahera)等岛屿远比现在要小，海水更深，岛屿之间的海道也更宽，南太平洋的温暖海水在洋流作用下通过这一水道进入印度洋。
而后来，构造运动迫使新几内亚岛向北移动，其他岛屿的面积也相应扩大，海水变浅，最终水道也于距今400~300万年前关闭，南太平洋的温暖海水自此在印度洋前止步不前。印度洋的表面水温因此降低，继而更少的水汽便在东非形成了更加干旱的环境。
可能又是生物进化论发挥了作用，一部分南方古猿在这样的气候变化中演化出了人属。
印度尼西亚水道地图(现代)。颜色表示相对于平均海平面的海拔高度。
图片来源：参考文献[6]
农业起源与文明起源
史前人类社会发展有三大里程碑事件——人类起源、农业起源与文明起源。除了前文所讲的人类起源之外，另外两件大事——农业起源和文明起源，也同气候变化深深相关。
在距今3~4万年前的晚更新世，全球气候开始罕见地急剧变冷，也就是我们所熟知的冰河时代开始进入最盛期。严酷的气候灭绝了一大批大型哺乳动物，其中许多都是人类餐桌上的常客。气候变化可能导致人类出现食物危机，人类不得不更改自己的饮食习惯，比如选择小型哺乳动物和需要更多研磨、过滤、浸泡等加工工作的种子植物，这即“广谱革命”。
天气越来越冷，食物压力越来越大，日子也就越来越难过。终于在 “新仙女木事件”(距今约1.2万年前的一次全球突然降温)之后，人类逐渐学会了种植农作物和驯化家畜。中南美洲的先民为我们带来了玉米、红薯、土豆、南瓜、辣椒；黄河流域的人群驯化了粟和黍，长江流域的人群驯化了水稻；大麦、小麦、牛、羊则在西南亚成为人们生活中不可或缺的一部分[7]。
世界主要农作物起源中心
图片来源：修改自参考文献7
当然，动植物的驯化也不是一蹴而就的，而是经历了数千年的漫长过程。在这个过程中，人类熬过了最寒冷的时代，随着新仙女木事件的结束，气温开始回升了。
就如同越古老的书籍破损就越严重，越古老的地球环境历史就越难以精细化描述，因此我们对更古老的地质时期的气候变化研究的还比较粗略，但是对距今最近的一段地质历史时期——1.17万年以来的全新世却研究得最为透彻。
有学者对全球 73 条气候曲线进行了集成[8]，描述了全新世的气候变化，其特征是普遍温和而稳定，尤其是早中全新世，最温暖时期的全球平均气温比工业革命前还要高出约0.7℃，这对于正在经历“产业转型”的人类而言，真是难得的机遇。
1万年以来的全新世气候变化
图片来源：参考文献[8]
例如在华北地区，早全新世的气候变暖使得以粟和黍为代表的黍族植物在可获得性、丰度和产量稳定性等方面都得以大大提高，当地的狩猎采集人群因而一步步加强对其的收集、选择、种植、管理，逐步进入粟作农业社会[9]。
辽宁查海遗址的研究也支持了这一观点[10]，同位素证据显示，早中全新世华北地区的气候改善促使了C4植物的生物量增加，也就意味着有更多、更丰富的C4植物能够作为潜在作物被人类所利用，而粟和黍就是其中之一。
农业的发展大大地提高了人类社会的生产力，剩余财富的积累推动了私有制的形成和社会阶级的分化，人类社群在全球各地发展壮大，城市、青铜、文字纷纷诞生，于是古老的文明在北半球中低纬度的大河流域陆续出现了。
结语
从猿到人，从狩猎采集社会到农业社会，再到现代文明，人类经历了数百万年的漫长时光。气候变化深刻影响和改变了人类的演化轨迹，每一次渡过气候变化的严酷考验，人类总会“更上一层楼”。
如今，我们虽然面临着由我们自己导致的全球气候变暖(点这里看专家解读)，但我们依然有可能携手解决这个问题，并借此契机走向一个更开放、更包容、更和谐的未来。
参考文献：
[1] 吕厚远. 周期性气候变化与人类适应[J]. 人类学学报, 2022, 41(4): 731~748.
[2] 秦大河. 气候变化科学概论[M]. 北京:科学出版社, 2021.
[3] Sun X. and Wang P., How old is the Asian monsoon system? — Palaeobotanical records from China[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2005, 222: 181~222.
[4] Cerling V. B., Wynn, J. G., Samuel A. Andanje S. A., et al., Woody cover and hominin environments in the past 6 million years[J]. Nature, 2011, 476:51-56.
[5] Villmoare B., Kimbel W. H., Seyoum C., et al., Early Homo at 2.8 Ma from Ledi-Geraru, Afar, Ethiopia[J]. Science, 2015, 347(6228): 1352-1355.
[6] Cane M. A. and Molnar P., Closing of the Indonesian seaway as a precursor to east African aridification around 3±4 million years ago[J]. Nature, 2001, 411(6834):157-62.
[7] Diamond J., Evolution, consequences and future of plant and animal domestication[J]. Nature, 2002, 418(6898): 700-707.
[8] Marcott S. A., Shakun J. D., Clark P. U., et al. A reconstruction of regional and global temperature for the past 11,300 years[J]. Science, 2013, 339(6124): 1198-1201.
[9] Yang X., Wu W., Linda P., et al., Critical role of climate change in plant selection and millet domestication in North China[J]. Scientific Reports, 2018, 8: e7855.
[10] Wang J., Zhou X. Y., Xu H., et al., Relationship between C4 biomass and C4 agriculture during the Holocene and its implications for millet domestication in Northeast China[J]. Geophysical Research Letters, 2021, 48(1).
作者为中国科学院青藏高原研究所在读研究生
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