“時(shí)間膠囊”揭開(kāi)弗雷澤河的秘密

巖雪松

弗雷澤河位于加拿大的西部。伍德霍爾海洋研究所認(rèn)為河流中有他們要研究的物質(zhì)，他們稱之為“時(shí)間膠囊”，通過(guò)對(duì)“時(shí)間膠囊”的研究，科學(xué)家可以向人類(lèi)揭示地球地貌和氣候變化的奧秘。

科學(xué)家對(duì)弗雷澤河“時(shí)間膠囊”樣品的收集已經(jīng)持續(xù)4年了，科學(xué)家可以打開(kāi)這些樣品，向人們展示一個(gè)碳的旅行過(guò)程，該旅程開(kāi)始于大氣，在植物和礦物中移動(dòng)，最后沉入海底。

“時(shí)間膠囊”開(kāi)始于二氧化碳，一種存在于空氣中的溫室氣體，雨滴吸收了一些二氧化碳，并轉(zhuǎn)化為碳酸，雨水?dāng)y帶著碳酸降落在巖石上，溶解掉部分巖石中的礦物質(zhì)?？諝庵械奶歼€能夠被植物吸收，植物通過(guò)光合作用將碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。

在完成這些過(guò)程的同時(shí)，弗雷澤河穿越陡峭巖石區(qū)、干旱低草的高原和稠密的雨林，攜帶著巖石礦物質(zhì)和植物碎屑流入海洋，最終在海床上堆積。

放射性原子在巖石的礦物質(zhì)中緩慢衰變，能夠記載巖石的年齡?？茖W(xué)家對(duì)放射物質(zhì)的研究，能夠告訴人們弗雷澤河的河水是來(lái)自上千萬(wàn)年的落基山脈，還是來(lái)自上百萬(wàn)年的海岸山脈。通過(guò)對(duì)弗雷澤河水樣和泥沙的分析，伍德霍爾海洋研究所的科學(xué)家可以跟蹤河流所攜帶物質(zhì)的起源，并能夠確定不同地區(qū)吸收空氣中二氧化碳的多少?？茖W(xué)家能夠?qū)⒏鞣N信息拼湊在一起，了解巖石和植物顆粒如何被輸運(yùn)到海洋的，最終了解這一過(guò)程如何影響地球的氣候變化。

放射性元素鍶

故事開(kāi)始于弗雷澤河的源頭水源，該水源來(lái)自于落基山脈和海岸山脈的季節(jié)性冰雪融水，弗雷澤河流域某處的降雪或者降雨，都會(huì)吸收空氣中少量的二氧化碳，二氧化碳與水化合形成碳酸，碳酸再與礦物質(zhì)中的鈣和硅反應(yīng)，化學(xué)性地轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}、硅酸鹽，就像糖一樣溶解在水中?？茖W(xué)家將這一過(guò)程稱為“氣象化學(xué)”過(guò)程，能夠有效地將巖石顆粒溶解并輸送到弗雷澤河中，這些巖石顆粒就是科學(xué)家所說(shuō)的“時(shí)間膠囊”。

巖石中的礦物，絕大多數(shù)由碳、鈣、硅和氧元素組成，它們呈現(xiàn)出幾何框架結(jié)構(gòu)，時(shí)不時(shí)，有一兩個(gè)元素會(huì)從幾何框架結(jié)構(gòu)中掙脫出來(lái)，元素掙脫后形成的空位會(huì)被其他游離元素取代。鍶就是一種游離的元素，它會(huì)穿透礦物質(zhì)微觀的框架結(jié)構(gòu)，到達(dá)以前碳所在的位置，這為科學(xué)家研究河流的起源提供了機(jī)會(huì)。

鍶有一種特別的放射性同位素，即鍶-87，它是由銣-87放射性衰變而來(lái)，銣-87需要經(jīng)過(guò)上百萬(wàn)年的衰變，才能在礦物質(zhì)中形成能夠測(cè)量到的鍶-87。因此，科學(xué)家能夠利用鍶-87的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定河流的起源。當(dāng)科學(xué)家收集弗雷澤河中的水樣時(shí)，就能夠知道這些水樣的礦物質(zhì)是來(lái)自更老的落基山脈，還是來(lái)自年輕的海岸山脈。

碳與氣候的關(guān)系

由“氣象化學(xué)”所產(chǎn)生的碳酸氫鹽，也有重要作用。當(dāng)這些碳酸氫鹽進(jìn)入海洋，一些進(jìn)行光合作用的海藻能夠使用它們制造自己的細(xì)胞壁和外殼，然后被其他海洋生物形成自己的貝殼。海洋生物死后，這些貝殼沉入海底并變?yōu)楹５啄嗌?。因此，?lái)自大氣的碳，通過(guò)河流進(jìn)入海洋，最后成為海洋泥沙。這個(gè)過(guò)程是一個(gè)非常有意義的過(guò)程，人類(lèi)如果能夠加快這個(gè)過(guò)程，必然會(huì)減少空氣中的二氧化碳，這是一種導(dǎo)致全球氣候變暖的溫室氣體，因此，就能夠改變氣候變化的趨勢(shì)。

對(duì)于成千上萬(wàn)年的過(guò)程來(lái)說(shuō)，如果“氣象化學(xué)”從空氣中搬運(yùn)二氧化碳的速度快于二氧化碳增加的速度，空氣中二氧化碳的含量將會(huì)逐漸減少，但是這種漫長(zhǎng)的進(jìn)程卻被人類(lèi)的工業(yè)化革命釋放的二氧化碳等溫室氣體所打破。

當(dāng)然，還有其他方式能夠?qū)⑻紡目諝夂屯寥乐幸瞥?，這將是科學(xué)家對(duì)弗雷澤河研究的第二篇?？茖W(xué)家們將會(huì)對(duì)河流泥沙進(jìn)行檢測(cè)，這些細(xì)小的顆粒賦予每條河流自身的泥沙特征，科學(xué)家將巖石細(xì)小顆粒在河流中的移動(dòng)稱為“氣象物理”。泥沙還輸運(yùn)有機(jī)碳，主要是一些死亡動(dòng)植物的殘余、細(xì)菌和藻類(lèi)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些有機(jī)碳在運(yùn)輸途中被其他動(dòng)植物有機(jī)組織吸收，還有一些被持續(xù)輸運(yùn)到河流下游，并最終到達(dá)海洋。碳只有能夠完成從空氣到海洋全部旅程，才是研究人員所需要的有效的碳移動(dòng)方式。

自由流淌的河流

對(duì)研究人員來(lái)說(shuō)，弗雷澤河不僅僅是一個(gè)研究對(duì)象，這個(gè)流域?qū)嶋H上也是一個(gè)縮小的北美大陸，該流域有冰雪覆蓋的山峰、高聳的高原、蔥郁的雨林、狹窄的平原。它是通往過(guò)去的窗口，很多小鎮(zhèn)過(guò)去一直從事鐵路修建、采礦和伐木，然而，該條河流回饋給人們最珍貴的禮物，就是告訴人們可以以另一種方式來(lái)利用自然資源。

科學(xué)家對(duì)弗雷澤河的考察，使他們堅(jiān)信弗雷澤河流域的情況比華盛頓州要好。橫跨加拿大國(guó)土，研究人員以新奇的眼光發(fā)現(xiàn)了弗雷澤河的姊妹河——哥倫比亞河。哥倫比亞河展示了弗雷澤河可能要遭受到的命運(yùn)，從20世紀(jì)30年代起，哥倫比亞河承受來(lái)自人類(lèi)尋求廉價(jià)水電、核電和灌溉用水的壓力，被諸多的水電站重重控制，如果水電工程師不同意放水，河流中可能會(huì)沒(méi)有一滴水，河流上曾經(jīng)出現(xiàn)的壯麗鮭魚(yú)洄游，已經(jīng)不再有。

相對(duì)于哥倫比亞河，弗雷澤河的情況要好一些，目前弗雷澤河還處于自由流淌的狀態(tài)，盡管該河流的水力發(fā)電潛力巨大。但是，目前該河流仍然面臨諸多環(huán)境挑戰(zhàn)，包括一種很?chē)?yán)重的甲蟲(chóng)感染，在過(guò)去的10年，該流域的甲蟲(chóng)感染已經(jīng)吞噬掉了北方大片森林，還有越來(lái)越多的水電建設(shè)，鮭魚(yú)的洄游也不穩(wěn)定。

相對(duì)于世界其他河流，弗雷澤河仍然處于天然流態(tài)，河流的主要影響因素只有冰雪融化和海岸風(fēng)暴，海岸風(fēng)暴時(shí)常進(jìn)出該流域和太平洋，造成降水，當(dāng)冰雪消融，冰雪融水會(huì)形成洪水，沖刷土壤、巖石顆粒、植物殘余，并且將前一年的碎屑沖入海洋。

春天，當(dāng)科學(xué)家在弗雷澤河入?？跍y(cè)船的甲板上采集水樣時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)河流中漂浮著房屋大小的一棵樹(shù)，曾經(jīng)光禿禿的流域內(nèi)陸山谷已經(jīng)被蔥郁的樹(shù)林覆蓋。到9月份，季節(jié)性降雨會(huì)浸泡流域的低洼地帶，冬季會(huì)有降雪來(lái)臨，而雨雪都將會(huì)成為第二年的洪水的組成部分，被沖入河流并進(jìn)入海洋。

是這些美麗的自然過(guò)程將科學(xué)家吸引到弗雷澤河，科學(xué)家試圖撬開(kāi)河流泥沙中蘊(yùn)含的奧秘，弗雷澤河的河水和泥沙流淌到哪里，“時(shí)間膠囊”的種子就會(huì)布撒到哪里，科學(xué)家將會(huì)追隨到哪里。