古气候是现代和未来气候环境变化的重要参照系，古气候研究与全球变化研究联系密切，是当今研究热点之一。

 

　　人们关注日常的风云变幻，也对遥远年代地球气候变迁遗留的痕迹产生兴趣。在诸多关于古气候的研究中，北京大学物理学院大气与海洋科学系教授胡永云的探究颇具前瞻性，“一般很多人谈到古气候研究，是在近几千年乃至几万年范围内的研究，但这不是我们的研究范畴。我关心的是一些原始生命产生和演化时期的远古地球气候环境。”

 

　　在大约6亿年到7亿年前的新元古代，地球曾经历了数次严重的冰川时期，至少有两次是全球性的冰川，地球完全被冰雪所覆盖而成为了一个“冰雪地球”。什么诱发了这种全球性的冰川期？又是什么导致了它的融化？新元古代时期的极端气候变化对当时生命的演化以及其后的寒武纪生命大爆发有何影响？

 

　　“人类出现在约300万年前；2.25亿年至6500万年前则是恐龙称霸全球的时代；约5亿4千万年前的寒武纪生命大爆发之后才有动物出现；此前的近30多亿年间，地球上的原始生命是以简单的真核细胞的形式存在的。”胡永云将时间坐标拉回到数亿年前，“5亿4千年之后氧气含量急剧增高，有利于复杂生命出现和发展。生命在气候环境里生存，第一个条件是适当的温度，第二个条件是大气成分比如氧气含量。而在7亿年前，氧气含量大约只占空气的1%到2%，当时不适合很复杂的生命生存。”

 

　　人们关心气候环境变化及其变化原因，一个重要目的就是要了解未来会发生什么。

 

　　“理解地球45亿年来的气候环境是如何演化的对理解地球上生命演化有重要的意义。比如哪个时段的气候环境更适合生命存在、气候环境的变化对生命演化的作用、气候变化又是如何限制生命发展的，这些问题都涉及到如何理解地球气候的演化，需要重建地球远古气候。”胡永云举例说，“比如地球大气早期并没有氧，需要氧气的生命不可能存在，那时只有厌氧生命，后来产生了氧气，但浓度不高，因此不可能产生比较复杂的生命。只有氧气浓度高到现在的程度，才会有比较高级的生命体。大气中氧气含量有两次迅速升高，一次发生在23亿年前，另一次发生在大约6亿至7亿年前，这两个时段，地球都经历了极端寒冷的‘冰雪地球’事件。这些是我们研究的目的和意义所在。”

 

　　地球上仪器观测的气候记录，最长不过二三百年。时期愈早，古气候记录愈少，很多时候我们甚至无法对当时的气候环境进行想象。胡永云通过利用气候模式对各种可能的外部强迫进行数值模拟试验，来搞清楚“冰雪地球”形成和融化的机制等，他似乎更乐于挑战这些高难度的问题。

 

　　“‘冰雪地球’的形成意味着大气的温室效应应该很低，也就是温室气体含量很少，而冰雪地球的融化则需要很高的温室气体浓度，那么温室气体要低到什么程度和高到什么程度？”胡永云告诉记者，根据他们最新的研究结果是大气中的二氧化碳浓度需要降低到20ppm（1ppm表示每100万个干燥空气分子中有1个温室气体分子）才能导致“冰雪地球”形成，而融化“冰雪地球”需要大气中的二氧化碳升高到0.4个大气压。

 

　　“当‘冰雪地球’融化之后，高浓度二氧化碳不会马上通过风化反应沉降到地面，还会在大气里停留上百万年的时间，加上水汽的浓度也很高，温室效应很强，温度可能极高，我们的模拟结果表明，在0.4个大气压的二氧化碳的作用下，陆地表面温度可高达80℃到90℃，海洋表面温度也将高达70℃。我们知道，如果把水煮到70℃，很多有机体都会死亡，特别炎热的气候对生命也是极端的考验。当时的生命如何度过这种极端寒冷和极端炎热的气候环境，也是我们思考的问题。”对这些问题的研究还涉及到当时的大陆分布和太阳的辐射强度等，如当时的陆地主要在热带，而不是像现在主要分布在北半球中高纬度；当时的太阳辐射比现在的弱，大约是现在的94%。

 

　　“科学的本质是要理解或解释自然现象，并不是做了就马上可以应用到日常生活中去，科学与技术是有一定距离的。但是慢慢地，这些研究会体现出它们的价值。如果科学研究太强调其应用性或需求性的东西，很可能就会在其基础性和前沿性上有所失。”胡永云说，“科学研究的最高境界是认识自然、发现规律，须强调原创能力，只有这样，才有可能走到科学的前列。”