科學研究 - 【地下寶藏】透過沉睡在湖底的季候泥探尋遠古的氣候變遷

在墨西哥的聖克勞迪奧湖採集季候泥樣本。右側照片中最右者爲中川毅，中間的女性爲北場育子，左側照片爲採集到的沉積物。（照片由北場提供）

本篇將介紹埋藏於湖底、記錄着歷史的沉積物——「季候泥」。由於季候泥只能在滿足特定條件的湖底形成，因此找到它們便是一項非常艱鉅的任務，但一旦採集到，就可能獲得涵蓋數萬年氣候變遷的資訊。立命館大學古氣候學研究中心副主任、北場育子副教授深深地被沉睡於湖底的季候泥的魅力吸引，正在墨西哥和危地馬拉等地從事季候泥的採集和分析工作。

留存於大自然中的遠古記錄

「遠古時期的地球是什麼樣的？那時的人類過着怎樣的生活？」「如果有時光機的話……」很多人都這樣幻想過吧。

大自然中留存着遠古時代的各種記錄，雖然還都只是片段，但仍然可以讓我們瞭解到過去的一些資訊。其中最爲常見的就是樹木的年輪。樹木的成長程度會隨着年份的不同而有所差異，導致細胞密度不同，具體表現爲樹木顏色的深淺，通常每年都會增加一輪。還有一些生物，如珊瑚、魚類的平衡石等，也記錄着一年的成長情況。此外還有貝殼的成長紋和刺梨仙人掌的刺等，雖然記錄的週期各不相同，但都能反映出時間的流逝。另外，格陵蘭和南極的冰河中，由於每年降雪中的成分有所不同，年年累積起來就形成了年輪般的紋理。

這當中最具精確性，可作爲研究古代人們生活方式手段的，就是在湖底形成的「季候泥」。位於日本福井縣若狹町的水月湖的季候泥，就能夠追溯到大約7萬年前的環境。

自然界中形成的各種年輪紋理的比較（鐘乳石照片由Hai Chen教授提供）

滿足嚴苛條件才能形成

那麼，「季候泥」是在怎樣的地方、怎樣形成的呢？

季候泥的形成，是因爲湖底積累的物質在不同季節各有不同。例如在日本，從春季到秋季，湖底會積累浮游生物的屍體等黑色有機物質，而從晚秋到冬季，則會積累亮色的礦物質。如此這般，每年都會形成紋理，不斷累積就形成了季候泥。

季候泥每年的層厚通常不超過1毫米，但其中卻保留了春夏秋冬的記錄。例如，如果其中含有花粉，就可以根據當時成長的植物推斷出那時的氣候。

水月湖中季候泥中包含的花粉化石顯微鏡照片（圖片由中川提供）

如果湖底有氧氣，生物就會在湖底擾動沉積物，這會導致季候泥無法形成。只有水足夠深，並且周圍地形不容易受到大雨和強風的影響，使水不會被風雨攪動的湖泊才可能形成季候泥。

水月湖的季候泥便是在這些嚴苛的條件下形成的。水月湖四周環山，並因斷層的影響而不斷下沉，因此保留下了從大約7萬年至今的季候泥。順便一提，水月湖的季候泥採集和分析工作的核心人物，就是現在與北場副教授共同在立命館大學古氣候學研究中心任職，並擔任該中心主任的中川毅教授。

水月湖具備形成季候泥所需的所有條件

成爲世界年代測定的標尺

北場副教授介紹說：「水月湖的季候泥不僅僅記錄了過去的事件，還成爲了測定世界各種物體年代的世視線誘導標尺。」

¹⁴C（碳-14）會隨着時間的流逝而減量，其半衰期爲5730年

確定化石等物品的年代時，通常是使用一種名爲「放射性碳年代測定」的方法來測量動植物中所含的放射性碳¹⁴C（碳14）的含量。當宇宙射線命中大氣中的氮時，就會產生¹⁴C，生物將其吸收到活體內，但當生物死亡後，¹⁴C的供應停止，含量會逐漸減量。該方法利用¹⁴C的量在5730年内減半的性質，可以估算生物死亡的時間。

由於不同時代的¹⁴C含量不同，因此需要建立一種轉化表，以確定多少年前的¹⁴C量有多少等。

其中一個代表性的「標尺」就是樹木的年輪。然而，樹木年輪能夠追溯的年代存在上限，目前約爲1.45萬年左右。而在無法使用年輪來推定的年代，季候泥就能作爲標尺發揮作用。使用季候泥，甚至能追溯到連¹⁴C都難以測定的5萬年以遠的時代。

探尋馬雅文明消逝的終極因數

即使是作爲世視線誘導標準的「標尺」，北半球和南半球也存在誤差。接近赤道地區被稱爲「間熱帶輻合區」的擧升氣流帶，將北半球和南半球的大氣隔開，因此¹⁴C的量的變化會有30年左右的差異。

此外，在赤道附近地區，幾乎沒有季節性溫度變化，樹木通常無法形成明顯的年輪。在這種情況下，爲了更準確地瞭解過去，需要使用其他「標尺」。曾經繁榮的馬雅文明所覆蓋的墨西哥南部、危地馬拉、洪都拉斯、伯利茲和薩爾瓦多等地，都屬於這一地區。

瑪雅地區及其周邊地圖（圖片由北場副教授提供）

馬雅文明自大約3000年前開始繁榮，並延續了2000多年，在各地留下了壯觀的遺蹟。瑪雅人已經能夠進行精密的天文觀測並制定了高精度的日曆，但在16到17世紀，被西班牙侵入者征服。

然而，歷史學家認爲瑪雅地區實際上曾經歷過多次興衰。他們發現，在9世紀前後，許多繁榮的城市被廢棄，並在其他地區開始繁榮。

那麼，爲什麼當時的人們要離開他們居住的城市呢？關於這個問題，歷史學家們提出了各種假說，包括戰爭、森林砍伐、氣候變遷等，但都沒有確鑿的證據。

因此，爲了探尋馬雅文明的退化終極因數，人們開始關注季候泥。該地區雨季和旱季分界明顯，雨季會積累黑色沉積物，其中包括浮游生物的屍體等，而旱季則積累白色的石灰質沉積物。

經歷大冒險終於抵達

北場副教授參加瑪雅專案的契機，是應邀分析在危地馬拉發現的季候泥。之後，北場副教授還參與了在墨西哥東南部尋找季候泥的工作。

然而，這項尋找季候泥的工作非常艱難。即使依靠地圖和航拍照片前往湖泊，也不一定有通往那裏的道路。還需要與當地的土地所有者進行交涉。即使克服了各種困難可以去採集季候泥，由於這個地區的湖泊往往是由大河流向改道形成的淺水湖，導致有十多次都無功而返。

最終，經過兩年的艱苦探險，他們來到了位於墨西哥與危地馬拉邊界附近的聖克勞迪奧遺址内的聖克勞迪奧湖。這個湖是由於地下水侵蝕導致石灰岩地層坍塌而形成的。北場副教授等人認爲這裏可能有季候泥，於是在做好挖掘準備後，第二年再次來到此地。挖掘出的是帶有紋理的泥土。透過計算紋理的數量並與其中包含的葉子的放射性碳年齡進行對照，確定了這就是季候泥。那是2019年的事了。