解读过去的痕迹

为了从动辄有数百万年历史的足迹或化石中提取信息，科研人员一个个化身名侦探，用上了各种“破案”妙招……

这些裸足足迹的历史超过一万年!

让足迹说话

考古人员在美国白沙国家公园内的岩石上发现了一些裸足足迹。在远古时代，这里是一片湖泊，而这些足迹留在了湖边的淤泥上。湖水蒸发殆尽后，只剩下一些矿物质，最终形成了足迹。“部分足迹被掩没，雨水冲刷后又得以显现，随后又消失不见。”英国伯恩茅斯大学环境与地球科学系教授马修·贝内特（Matthiew Bennett）解释道，“为了令其显现，我们使用了景深雷达。”雷达信号能穿透地面深入地下，若探测到土壤特性发生变化，信号便可返回地面。

在该装置的帮助下，参与探索的科学家在一段1500米的往返路线中探测到了人类足迹，以及史前动物，确切说是一头地懒和一头哥伦比亚猛犸象的足迹。至于追溯足迹的年份，他们用的是推演法：在去程路线上，人类足迹覆盖了动物的；而返程时，动物的足迹覆盖了人类的。因此，所有这些足迹都是同一时间节点留下的。“鉴于这些物种消失在冰川末期到来前，我们推断这些痕迹至少有一万年的历史。”马修·贝内特补充道。

根据足迹深度、方向、大小，考古学家们确定，足迹属于一名小个子女性。并且，由于两只脚印深浅不一，可以推断出该女子身旁还带着一个孩子。足迹便是如此记录下了冰川末期的一个瞬间。 

这块琥珀中心的红色物质实为一小块颅骨。

向琥珀发问

美国古生物学家研究了一块困于琥珀长达9900万年的动物颅骨！这块已经变成化石的树脂被发现于缅甸胡康河谷。“我们不光获得了琥珀中动物的头骨，还有颚部肌肉以及部分舌头。”美国萨姆休斯顿州立大学生物学家胡安·达萨（Juan Daza）介绍道。研究人员凭此辨别出，这是一种已消失了数百万年的两栖类动物阿尔班螈（Albanerpetontids）。

研究人员曾将这块动物颅骨和其他岩石中的化石样本进行比对，认为其属于蝾螈一类的有尾目。但现在可以确认，琥珀中的动物实属另一分支。也多亏了树脂，它的舌骨和关联肌肉得以完好保存下来。不过，“该动物的特征是一条可伸缩的舌头，与变色龙一样”，达萨教授指出。因此，它是最早用伸缩舌头捕食的动物，部分阿尔班螈甚至有1.65亿年的历史！

栖息于珊瑚礁上的大砗磲有助于分析气候变迁！

看透纹理

中科院地球环境研究所晏宏团队研究了世界上最大的贝类大砗磲（Tridacna gigas），它们主要分布于太平洋水域的珊瑚礁中。大砗磲一生中会长出许多小型生长纹层，分别对应其不同的生长阶段。研究人员用一种特殊显微镜观察贝壳内部后发现，每当出现极端天气，如气旋、寒潮、干旱时，贝壳的纹理和化学组分都会受到影响。“有气旋经过时，出于大风、巨浪、雨水过多、日照减少等原因，贝壳的生长速度会急剧减慢。”晏宏研究员解释道。

因此，大砗磲能精准记录下气候的急剧变化：贝壳纹层可以称作是实时天气播报。“我们在中国南海海域的珊瑚礁上收集了数百个大砗磲。”晏宏介绍说。研究人员对这些标本采用了碳定年法，确认它们记录了整整5000年的气候变化！如今，晏宏团队在实验室继续研究，力求从中分辨出过去发生的气旋、干旱以及寒潮天气。“像分析气候变暖那样去分析过去的极端气候，我们可以预测它们未来的频率和强度！”晏宏总结道。

Thatchpoint蓝洞底部藏有珍贵的气候档案。

探底海下“漏洞”

海底有时会出现一些洞穴，它们形成于海平面较低时，彼时洞穴所处之地并没有水。“这些洞穴内有沉积物堆积，海浪无法冲散。”美国得克萨斯农工大学（TAMU）博士泰勒·温克勒（Tylor Winkler）解释道。泰勒和同事们所关注的是巴哈马群岛的Thatchpoint蓝洞，该蓝洞170年来历经大西洋上众多飓风肆虐。

为了研究洞中的沉积物，研究团队将管道深入该海底洞穴的深处，从而逐层研究提取物。“通过对沉积层所含植物进行碳定年法分析，可以确定每一层的年份。”泰勒·温克勒解释道。如果树叶碎片较大且数量众多，就表明有一定数量的飓风曾经过。大个砂砾堆积也是一个道理。相反地，若有细沙堆积则证明是平静时期。

如此一来，团队确定了700年来海上的飓风情况：1500年至1750年，该地区经历多次飓风，频率远高于之后的两个世纪。根据此项研究及有关其他海底洞穴的研究，研究人员将能够“重新描绘该地区飓风活动详图，从而观察气候变化导致的飓风活动变化”，泰勒·温克勒总结道。简言之，研究过去可以帮助我们更好地预测未来。

洞穴像天然制冰器，常年不断有冰块在此形成。

冰中取炭

在美国El Malpais国家纪念区，一些洞穴中的冰块形成于数个世纪之前。几位地球物理学家凿穿冰块，以分析被包裹其中的炭。“炭层厚达三十多厘米，面积达数平方米。”美国南佛罗里达大学地球科学家波格丹·奥纳克（Bogdan Onac）指出。

这些冰块是如何形成的？“雨水和雪水从表面缝隙渗入洞穴，由于那里的温度常年低于零度，水便结成冰。加之洞穴入口倾斜，热空气无法进入，只有密度较大的冷空气才能入内。”通过碳定年法可以确定炭沉积的年份：该炭层源自公元150年至950年间火堆燃烧形成的灰烬。彼时，美洲土著普韦布洛人居住于此。

那这些人为什么会到冰冻的洞穴中生火？“他们融化此处的冰以获取稳定足量的饮用水，”波格丹·奥纳克解释道，“在El Malpais一带，饮水只能依赖融化的雪水，或者为数不多的泉眼。”由于洞穴是当时十分珍贵的水源，在三个特殊干旱时期此处炭沉积量尤其多。“我们是研究该地区树木年轮知道的这一点，”波格丹·奥纳克补充道，“若年轮纤细，说明对应年份雨水不足。”因此冰块中的炭颗粒能够佐证干旱期，同时也展示了人类应对气候变化的智慧。

年轮有助于确定大气中异常现象发生的年份。

细数年轮

美国科罗拉多大学地球科学家罗伯特·布拉肯里奇（Robert Brakenridge）一直关注超新星。超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。他猜测，离地球最近的超新星可能导致地球上碳-14增多。为此，他尤其关注超新星领域的相关研究，并得知了部分树木年轮中碳-14含量异常。

为此，布拉肯里奇将相关年轮数据和所有已知的超新星信息进行比对。在正常时期，大气碳-14产量保持稳定。“然而，超新星释放的高能辐射可以抵达地球，产生大量碳-14。”罗伯特·布拉肯里奇解释道。所以，他对树干碳-14含量急剧增多的几个时期进行了研究，并发现公元前12740年至公元前5340年，树木年轮中碳-14含量的四个峰值点分别对应四次超新星。

尽管如此，“关于这些超新星的年龄以及距离还有很大不确定性”，罗伯特·布拉肯里奇谨慎地表示，“有可能是巨型太阳耀斑产生了此效应”。无论未来研究结果如何，树木记录下宇宙现象的事实本身就体现了植物学和天文学的完美结合。

智人的远亲能人诞生于奥杜威峡谷。

聆听细菌证言

人类文明摇篮之一位于坦桑尼亚的奥杜威峡谷。这里属于半干旱地区，150万年前现代人类的远亲能人就生活于此。在该地区，考古学家从两处已有170万至180万年历史的地层中提取样本，寻找生物质（植物、微生物等）的痕迹。通过对提取样本进行化学分析，他们从中发现了一种嗜极细菌Thermocrinis ruber。它们肉眼不可见，却能带来关于奥杜威峡谷过去的重要信息。“只有在水温高的特殊环境下才可以探测到该细菌，例如热液源。”西班牙地质学家大卫·马丁-佩雷亚（David Martín-Perea）指出。

如今，人们能在美国黄石国家公园的温泉中找到它们的踪迹。这就意味着，在能人的时代，奥杜威峡谷为温泉地区。没错，即便是如此简单的微生物也能揭示一处史前景观的概貌！

撰文 Emmanuel Deslouis

编译 吴苏妹