当4000万年前印度板块和亚洲板块碰撞时，西藏高原被边从中挤出升起。今天的气候就是这一不寻常的地形特征所带来的。

在贯穿恐龙时代的整个2.5亿年间，地球曾是温暖湿润的，几乎为热带。此后大约4000万年前，这个星球开始变冷，北美洲漂离欧洲，印度撞入到亚洲，于是新的居住地产生了。南极的冰堆积起来了，温带气候取代了往日一些繁茂的热带丛林、草原和沙漠则代替了温带地区，大约1500万年前，地球变得更冷了，导致从此之后支配北半球生命的冰川时期的到来。重新触发了地球“恒温器”的是什么呢？

查尔斯 · 莱尔（Charles Lyell），维多利亚时代的地质学之父，对于找到仅仅这样一个问题的答案是乐观的。在他的第12版《地质学原理》一书中（写于1875年），他认为，自从他首次“试图通过分析全球的物理地理变化来解释气候的变迁”已有45年了，地质学家对这个问题的了解已极大的深入了。他推测如果陆地能被分成更多像岛屿那样存在着，那么地球的气候历史将更加均匀统一；如果存在比喜马拉雅山更高的山脉，尤其在高纬地区，则“将会存在一个更加剧烈的严寒”。

事后看来，莱尔的假定似乎具有惊人的远见，因为当地质学家和气候学家们比以往更加接近于回答那个“恒温器”问题的时候，世界上最为独特的地形特征之一的巨大的西藏高原看来在降低地球温度上或许起了一个很大作用。今天一些地质化学家们认为当印度板块撞入到亚洲板块时，被迫升起的西藏高原对减少大气中CO₂的含量起了关键作用。他们认为CO₂吸收了来自地表的热辐射，所以当其含量降低时，地球就会辐射更多的太阳光能，从而开始变冷。由于这个观点依赖于一个独特的事件来阐释“恒温器”问题，因此它仍然是有争议的。

过去的10年里，科学家们设计了数学模型来重现全球气候的“变迁”。1983年耶鲁大学的罗伯特 · 贝勒（Robert Berner）指出在大气中的CO₂及存在于海洋和陆地中的碳与火山喷发以及其它地幔活动所释放的CO₂之间存在一个密切的关系。

动态平衡

贝勒认为在消耗大气中的CO₂和还原CO₂的过程中肯定存在一个动态平衡。没有这种平衡，大气中CO₂的浓度就会升高并导致形成一个类似于金星上的炽热气候，金星上高浓度的CO₂吸收了几乎全部的太阳光能；没有这种平衡，大气中的CO₂会全部丧失，使地球变得异常地寒冷。

在模拟地球6亿多年的碳循环过程中，贝勒发现他也导出了一个地球气候历史的数学模型，而它基本上被这一时期的地质记录所证实。在这个循环中，大气中的CO₂溶解于雨水中形成弱酸（碳酸），碳酸再与石灰岩及花岗岩反应生成钙、镁和碳酸氢盐离子和二氧化硅，它们最终以沉积物的形式积淀于海底，再由于地壳的构造运动而被埋入岩浆之中。封闭于这些相变沉积物中的CO₂在一些过程中（如海底扩张及巨大压力下岩石的变性转变）最终将释放到大气中，被掩埋的有机残骸分解时也会释放CO₂。

该模型也将陆地面积和平均海拔高度的变化，大气中CO₂浓度的改变，植物的影响及海底沉积物释放CO₂的速度等因素考虑了进去。贝勒用这些变量组成了12个方程，他计算了过去6亿年间大气中CO₂含量的变化，他甚至能计算仅几千万年的短期变化。根据其模型，5亿多年前CO₂的浓度比今天高出18倍多，然后在随后的2亿年里，其值降至与今天相似的水平。这时气候转入冰川时期。伴随由于大气中CO₂的增加，地球接着是一个变暖的时期。最后在大约1.2亿年前，全球又进入另一个温度净下降时期，该模型的预测大致与过去6亿年中地质记录所表明的地球气候相符。

尽管该模型总的说是成功的，但它没能预估4000万年及1500万年前全球温度变化的下降趋势。在贝勒的模型中，CO₂含量的最大下降时期出现在1亿年前及5000万年前之间，接着以后的变冷是很小的。相反，从沉积物中所得到的证据表明地球在5000万年前和今天这段时间内冷得很厉害，这是贝勒的模型所未能反映的。

麻省理工学院的毛恩 · 瑞莫（Maureen Raymo）和弗吉尼亚大学的威廉 · 鲁迪曼（Willian Ruddiman）说这一差异是如此明显以至于人们现在需要一个更精细的模型了。他们深信以当今冰川时期为背景的解释必须有赖于一些而不是一个基于火山喷发和自然风化之间的简单平衡。在80年代中期，当瑞莫还是纽约哥伦比亚大学，的一名研究生时，她就提出了一个简单然而深刻的观点，她说，当印度与亚洲板块相撞时，突起的西藏高原不知怎么改变了气候条件，结果地球比以前辐射更多的能量，使全球性变冷开始。最初这个想法被认为是猜测，但计算机模拟表明这个理论确实产生了一个全球范围的冷却效应，而它与过去的5000万年间的气候变化又符合得较好。

西藏高原位于南部的喜马拉雅山和北部的昆仑山之间，面积约为220万平方公里，即占地球总表面积的0.4%，平均海拔5000米。瑞莫将这个高原比喻成耸入大气层中的巨石，它如此之大，以至从根本上影响了整个北半球的大气循环模式。80年代末期，威斯康星大学麦迪逊分校的约翰 · 库兹巴乔（John Kutzbach）从考虑和不考虑它的存在两个角度出发运算了全球气候模型，结果发现如果没有西藏高原，就不存在印度季风。

这是瑞莫假定的关键所在。她认为因西藏高原的隆起所形成的气流模式使它在夏季从印度洋上带走了含水丰富的空气，并将季风雨降落在印度次大陆上，包括西藏高原的南部边缘地带。CO₂溶解在这些暴雨中，形成弱碳酸。高原隆起越高，上升的热气流从印度洋上带走的降雨空气就越多，其结果是降雨量就越大，而降雨量越大，大气中的CO₂被带走的越多。酸雨的化学腐蚀和高原岩石的物理侵蚀一起将CO₂以碳酸氢盐离子的形式带入到海洋。

实际上，瑞莫将西藏高原视为一个巨大的CO₂清除器，通过降雨将大气中的CO₂抽取，然后再将其副产品倾入海洋。但是，正如她本人所言，她的理论存在一个缺陷：即没有解释为何大气中总残留有一些CO₂？她的清除泵在不到10万年内可以将大气中的CO₂抽光。

过分简单化了

瑞莫在工作中发现贝勒的最初模型将大陆高度对由雨水引起的侵蚀的影响过分简单化的处理了，该模型假定侵蚀只随陆地面积而变化，面积愈大，侵蚀也就，愈大。瑞莫和鲁迪曼吸收了他们80年代初在麻省理工学院所做的研究，这项研究勘察了像亚马孙河那样的最大的世界河流，以测定它们的风化效应。这项工作表明一个陆地的山势起伏比其表面积对自然风化的影响要大得多。地球上许多主要是平原的地区风化已久，发源于这些地区的大河里溶解物很少；相反，在山岳地区，大雨和融雪引起大量的物理侵蚀，不仅固态物质被带入下游，而且新的表层也遭受酸雨的化学腐蚀。山越陡，山洪的冲蚀作用就越大，化学腐蚀也就越剧烈。

按瑞莫和鲁迪曼的观点，西藏高原的崛起是世界气候史上的一个奇特事件。极高坡陡的西藏高原紧靠能够提供巨大雨量的暖洋，包括恒河、长江、印度河和湄河公河等在内的八大主要河流发源于此，这八大河流带入海洋中的溶解物占全球注入的25%，而其发源地（包括西藏高原在内）还不到地球陆地面积的5%。所以，高原的风化效应就应当大于仅考虑其面积所带来的效应，而且，由于印度板块还在推挤着亚洲板块，于是就存在一个正反馈机制：高原崛起愈高，季风雨就愈大。

瑞莫引用了其它证据来旁证其理论。花粉分析表明自西藏高原形成以来，西藏的植被及气候已发生巨大的变化，这些与变冷的温度是相吻合的。更为重要的是，对锶、锇及氧的同位素研究已揭示了过去的6亿年里大气中的CO₂含量的变化。达些研究证实了温度强化的风化效应与印度板块同亚洲板块的碰撞是一致的。

锶的化学性质像钙，它经历了与钙、镁、碳酸盐及硅同样的化学风化周期，也沉淀于海底。锶有两种同位素Sr⁸⁶和Sr⁸⁷，在不同的岩石中存在微小的丰度差别，人们其比率可精确测量到十万分之一。当锶最终到达海底时，不同岩石来源的沉淀物已完全地混合在一起了，但是，如果一种来源占主要地位，那么沉积物中Sr⁸⁷与Sr⁸⁹的丰度比就会朝该来源的岩石中的锶同位素比率靠近。所以瑞莫说，锶的同位素记载应当揭示这些沉积物来自何处，而这反过来又可以证明西藏高原的气候风化史是否与瑞莫的理论吻合，她的理论认为1千5百万年和4千万年前存在着极快的变冷期。

同位素证据

从陆地进入到海底沉积物中的锶主要来源于两类岩石——硅酸盐及石灰石，石灰石中Sr⁸⁷与Sr⁸⁶的比率较低、分布从0.706到0.709；而硅酸盐中则有一个较高分布，某些花岗岩的比率大于1。所以花岗岩风化的增强将提高海洋沉积物中锶的同位素比率。

锶也通过一些地区（如中大西洋山脊）新出现的岩石的浸析方式进入到海洋，这类锶的Sr⁸⁷与Sr⁸⁶比率较低。但据芝加哥大学的弗兰克 · 里查德（Frank Richter）的分析，经这一过程进入到海洋中的锶仅占全部海洋沉积锶的25%，故其余的锶肯定是由江河倾入的，因为河流沉积物中锶的同位素比率很高，完全可以解释海洋中锶的同位素净比率。里查德发现大约4000万年前海洋中锶的同位素比率开始剧增，而以前的6000万年期间则一直是稳定的，在约2000万年前这种增加变得更快了。他的分析得到了采用氩气同位素方法获得的有关西藏部分地区急剧侵蚀数据的有力支持。

虽然其它地方发生的一些变化过程也可以改变沉积物中锶的同位素比率，如加拿大平原的侵蚀及甚或南极洲的冰川侵蚀，但是锶的这一变化规律又得到另一种同位素序列锇的支持，在陆地岩石中，Os¹⁸⁷与Os¹⁸⁶的比率大致是地幔物质的10多倍。耶鲁大学的卡尔 · 图雷坎（Karl Turekian）说若含锇岩石从陆地被浸析到海洋，那么沉积物记录就应当包含有其同位素沉积到海洋中的速度变化证据。的确，锇的记载表明在过去的6000万年间它有着与锶类似的净变化。

瑞莫的理论也得到了第三种同位素序列——O¹⁸和O¹⁶的支持。在过去的5500万年里氧的数据表明它随时间有着显著变化，当全球性变冷出现时，海底方解石沉积物中的O¹⁸与O¹⁶的比率上升了。剑桥大学的奈克 · 沙克莱顿（Nick Shackleton）已证明在过去的5500万年里这个比率一直趋于增长，而增长最快的时期是3600万年前及1500万年前。

有利于瑞莫理论的证据来自库兹巴乔及罗德岛布朗大学的沃伦 · 普威尔（Warren Prell）的气候模型，他们研究了那些最影响印度季风的因素。去年，在科罗拉多州的Boulder国家大气研究中心所作的计算机实验中，他们模拟了山脉的存在是如何影响季风的，结果是轰动的：如果不存在山脉，整个南亚的气温将上升12℃；但若存在一半的山脉和全部是山脉，陆地温度则会下降且当海拔增高时沉积亦加快。这种土地潮湿和降雨量的增加，反过来又促进了化学风化。

这种变化又是如何影响北半球的呢？在夏季，从西藏高原升起的干燥热空气吸收了来自印度洋的水蒸气并形成了季风雨，干燥的热气团于是变冷并降落在附近地区，例如地中海和中亚的夏季就是由这种干燥气流引起的。同时，东南亚和印度就变得多雨和久暖，位于西藏高原北部和东部的沙漠地带也是由于西藏高原惊人的崛起而形成的。

这个模型预测着欧洲更冷的冬季和夏季，正如库兹巴乔所言，过去2000万年欧洲植被的记载确实表明温度在下降。或许戈壁滩和撒哈拉沙漠及9000年前杂草被驯化种植为小麦的演化和伴随人类进化的冰川时代的出现都与西藏高原的异军突起有关。

谁先发生？

可是，瑞莫的思想还未能使一些科学家完全信服。牛津大学的菲力普 · 英格兰（Philip England）和麻省理工学院的彼得 · 莫尼（Peter Molnar）提出了这个最基本的问题：是气候的变化造成了高原的崛起吗？他们说当物质因风化而从一个隆起地区被冲走时，其特性变得更轻和更易浮起，浮于地表的上层。隆起地带的山峰因其坡面遭侵蚀而显得在“增高”，所以一些诸如因江河冲蚀而形成的尖锐岩石切口等现象（它们又常被用以推断为新近隆起的结果）或许本身就是因气候变化而引起的，而不是由于隆起本身。因板块碰撞所推动的逐渐的上升或许会因气候变化所造成的风化效应而加强。当然，莫尼和英格兰承认他们对为什么4000万或5000万年前的气候变化所造成的对西藏地区的深谷切割侵蚀还无法解释。

对上述质疑，瑞莫提出了一个涉及风化的更进一步的正反馈机理来回答。她说当西藏高原上升且全球变冷开始时，其它山脉地带的冰川活动加剧了全球范围的侵蚀，引起这些地区也漂浮于地幔之上。侵蚀越大，全球变冷越强。

然而，对瑞莫理论最严峻的批评来自耶鲁大学的贝勒和安东尼 · 莱沙格（Anthony Lasaga）以及宾夕法尼亚州立大学的肯 · 卡德雷（Ken Caldeira）和迈克尔 · 亚瑟（Michael Arthur）。今年早些时候他们质问到：如果西藏高原是大气中CO₂的一个如此有效的清除器，那么为什么仍存在一些CO₂？为什么不存在失控的“冰室效应”？

在贝勒的模型里，CO₂是由火山活动回到大气中的，CO₂是从那些因海底的扩展和变质反应而新产生的岩石中逸出的，而且印度板块与亚洲板块相碰时，处于这种压力下的岩石也会释放大量的CO₂气体。但就目前所知，过去的4000万年里海底扩张的速度并未改变多少，所以要么增强变质作用，要么有其它的CO₂还原形式，即便以一个较低的CO₂还原速度，才能平衡CO₂。

但或许没有必要去寻找一个新的来源来平衡CO₂，卡德雷说当大气中较低的CO₂含量使全球温度降低时，西藏高原之外的其它山岳地区的化学风蚀率也将下降，这就带来了一个全球范围的化学风化和CO₂回复的新的稳定的循环。

最初在贝勒的CO₂循环模型和瑞莫及鲁迪曼等地质化学家的CO₂循环模型之间存在一些抵触，地质化学家们是从沉积物核中寻找数据证据，但是现在他们走向了一致。贝勒认为瑞莫的主要观点是有用的，在他的新的大气层CO₂模型中（尚未发表），他吸收了山脉上升的概念和一些有关锶同位素的数据。

我们知道7000万年前西藏还躺在海底，而且我们也知道它今天的状态，但对于这之间所发生的一切我们几乎一无所知。关于西藏对我们现代气候的影响这个问题的最终回答只有等待对它的地质作进一步的研究。现在是地层学家们显身手的时候了。

[New Scientist，1993年7月3日]