文明是气候的馈赠（下）：冰河期温暖期，地球为何会切换寒暑？
许多时候，我们看到或听到这样一种演说，并把它当作事实：我们这个星球的温度就像是一辆刹车失灵的汽车，正在以一种失控的速度狂飙，如果现在不设法让它停下来，就会有灾难性的后果。确实，在过去100年里全球平均气温呈现不断上升的趋势，但气温上升的速度有多快？未来究竟会怎样？并没有统一的认识。那么我们不禁会疑惑：全球继续变暖会进入温暖期吗？地球又为何会切换冰河期与温暖期？我们不妨回溯到推理的开始，去深究隐藏在冷暖干湿中的气候变化真相。
图为由于全球变暖，海平面升高20多米后，站在“东方明珠”上向下看的“上海淹没”假想图。
众所周知，地球从诞生至今已有46亿年的历史，就我们目前所能了解的20亿年地球气候史中，地球就曾几经“寒暑”：历经三次大的冰河期和两次“超级全球变暖”期，即介于三次大冰期之间的大间冰期。在每一个大的冰河期中，也存在着许多次冷暖变化，科学家称之为亚冰期和亚间冰期，即小冰期和小暖期。虽然时间尺度不同，但冰河期都具备一个共同的特征——气候寒冷，冰川广布，海面下降，生物稀少。而各个温暖期则是冰川消融，海面上升，生物繁衍。
人类的“老祖母”路西属于南方古猿的阿法种，生活在距今370万—300万年前的东非，身高1~1.5米。
在250万年前，许多物种在寒冷中灭绝，人类古猿却在寒冷中诞生，此后无论是挑战生存的第四纪冰河时代（末次冰期），还是万物更生的全新世大暖期，人类一直都在用自己的智慧走在进化的路上，并抓住每次小暖期，推动人类文明一次次的兴盛。如今人类文明正处于1.5万年前开始的间冰期，在第四纪更新世的冰期—间冰期气候旋回交替平均每次约10万年，而决定旋回因素的便是地球本身的轨道参数和所在的星系轨道参数。
地球在太阳系的八大行星中自内而外排行第三，日地距离平均为1.496亿公里。
地球轨道参数—影响以万年为尺度的地球气候
要理解地球轨道参数对气候的作用，就要先了解地球在太阳系的位置和公转角度。我们知道地球在太阳系中自内而外排行第三，日地距离平均为1.496亿公里，这里之所以说“平均”，在于地球围绕太阳运行的路径，并不是一个圆形轨道，而是一个大体呈偏心率很小的椭圆轨道，如近日点便只有1.471亿公里，所以地球到太阳的距离变化在1.471亿～1.521亿公里之间，这造成了地球受到的太阳辐射存在变化。
地球围绕太阳运行的路径而是一个大体呈偏心率很小的椭圆轨道，黄赤交角变化周期为4.1万年。
最终日地距离和位置的变化，导致地球轨道偏心率以9.6万年为一个变化周期；黄赤交角以4.1万年为一个变化周期；岁差现象以以2.6万年为变化周期。这其中黄赤交角指地球围绕太阳公转的黄道面与地球自转的赤道面之间相交的角度（地球自转也并非平面，而是存在约为23°26'的角度），而黄赤夹角的变化范围为22°1'—24°5'，以41000年为一个周期。
地球公转、自转与地轴倾斜角示意图
当地轴倾角增大时，高纬度地区受到的太阳辐射增加，赤道受到的太阳辐射减少，同时地轴倾角越大，地球冬季和夏季受到的太阳辐射差别越明显，而这些差别会以“蝴蝶效应”的形式影响地球气候的变化。
地球自转轴的方向逐渐漂移，追踪它摇摆的顶部，大约25800年的周期扫掠出一个圆锥。
至于岁差现象则指天文学中一个天体的自转轴指向因为重力作用导致在空间中缓慢且连续的变化现象。如地球自转轴的方向逐渐漂移，追踪它摇摆的顶部，以大约25800年的周期扫掠出一个圆锥。于是地球轨道偏心率、黄赤交角和岁差现象共同作用于地球的气候变化，最终形成了以10万年为主周期的“旋回”，同时还叠加着4万和2.6万年的次一级变化周期的万年级冰期。
黄赤夹角的变化范围为22°1'—24°5'，以41000年为一个周期。
备注：上述引用米兰科维奇理论，即地球冰期循环是地球轨道变化改变了季节之间的热平衡而引起的理论，是从全球尺度上研究日射量与地球气候之间关系的天文理论。该理论认为，北半球高纬夏季太阳辐射变化（地球轨道偏心率、黄赤交角及岁差等三要素变化引起的夏季日射量变化）是驱动第四纪冰期旋回的主因。这个理论的核心是单一敏感区的触发驱动机制，即北半球高纬气候变化信号被放大、传输进而影响全球。
地球围绕太阳转，太阳系更是围绕着银河系转，这是更大更高一级空间的运转。图为地球上的星空
星系轨道参数—影响以亿年为尺度的地球气候
地球围绕太阳转，太阳系更是围绕着银河系转，这是更大更高一级空间的运转。银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），呈椭圆盘形，具有巨大的盘面结构，拥有四条清晰明确且相当对称的旋臂，旋臂之间相距4500光年，而太阳系就位于银河系的一个支臂本地臂上，至银心距离大约是2.64万光年。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米/秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。
银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），呈椭圆盘形，太阳围绕银心运转一周约2.5亿年。
同时，地球受太阳的引潮力作用，地球公转所具有的动能将会逐渐转化为潮汐能，从一个长远的期限来看，地球会逐渐远离太阳，不过这个速度会非常小。这些因素会导致银河系等星系恒星，对地球辐射作用产生周期性变化，不过在短时期内并不明显，这是一个更长周期的气候变化，时间要以亿年为尺度。
6500万年前白垩纪的小行星撞击地球事件，直接导致了支配全球陆地生态系统超过1.6亿年之久的恐龙灭绝。
从恐龙灭绝到今天的这段时光，在地球地质史上称为“新生代”（始于6500万年前，分为古近纪、新近纪和第四纪，其中第四纪分为更新世和全新世）。跟恐龙生活的“中生代”相比，新生代地球的氧气含量更低，而且温度忽冷忽热，气候变化是家常便饭。在新生代早期，地球一度成了个大温室，甚至比侏罗纪还要温暖湿润；到了距今约3400万年前的渐新世，全球温度暴跌，海平面下降55米，南极冰盖开始形成。
第四纪是地质历史时期上一个最短、离我们最近、却又有冰河期与间冰期频繁变更的时代，造成了气候的动荡变迁
之后虽然也平稳过、回暖过，但全球气候变化的总趋势还是越来越冷、越来越干，极致就是最近200万年间的第四纪冰川期。造成新生代古近纪渐新世的地球大降温，很可能跟太阳系进入银河旋臂的大周期有关，地壳运动也随之引发的一系列大事件，如南极大陆与澳洲大陆分裂，之后便被西风寒流包围，陷入死寂...。
太阳是温暖、光明和生命的源泉，地球上万物生长都需要太阳，太阳活动的强度也决定了地球气候的变化。
太阳辐射—影响以千年为尺度的地球气候
在我们眼中，太阳是温暖、光明和生命的源泉，地球上万物生长都需要太阳，太阳活动的强度也决定了地球气候的变化。之所以如此，在于太阳作为太阳系内的唯一一颗恒星，占去了整个太阳系物质的99.86%，质量相当于33万个地球。
太阳大气层分布图：由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层、太阳大气层。
太阳由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层、太阳大气层。表面看似平静，其实无时无刻不在发生剧烈的活动，这种活动便是氢核聚变。核聚变产生的能量以光的形式向外围辐射，其中有22亿分之一的能量辐射到地球，成为地球上光和热的主要来源。
利用X线层照相技术探测到的太阳黑子内部：磁场和气体、各部分的温度和地形之间的相互作用。
但这种核聚变的强度是存在一定的周期性，其中最主要的太阳周期，便是以11年为周期活动的太阳黑子。太阳黑子是光球层物质剧烈运动而形成的局部强磁场区域，也是光球层活动的重要标志，当太阳黑子活动频繁，绕太阳黑子边缘的光球区域，亮度比平均的亮度更高，因此太阳会辐射出更多的光热，地球接受到的热量也会更高，继而地球的平均气温也将升高，形成的气候较为温暖，反之亦然。
太阳连续向外喷出携带高能电离粒子气体，很像太阳吹出的“风”一般。
同时太阳爆发的大量高能电粒子流（太阳风）与X射线与地球磁场发生作用，引起地球磁暴现象，也会导致气候异常。1893年，英国天文学家爱德华.沃尔特.蒙德整理格林尼治天文台的档案时，注意到1645-1715年间，太阳黑子的数量极其稀少，是一个太阳活动极小期，史称“蒙德极小期”，而这一时期恰是全球气候较为寒冷的小冰期（即明末清初）。
1600-2000年太阳黑子数对比图：在1645-1715年间是一个太阳活动极小期，史称“蒙德极小期”。
此外在1965年，英国气候学家胡伯特・兰普提出，欧洲和北大西洋附近地区在公元900—1300年间曾出现过一段温暖期。那段时间恰好覆盖了欧洲的中世纪，因而又名为“中世纪暖期”。后来地质学家们发现，受太阳黑子变化的影响，大约每1500年就会有一个气候变暖周期。
太阳黑子的活跃周期与全球气温和中国历朝历代时间对比图。
延伸资料：太阳活动是太阳所发出太阳辐射的总量变化。在日地平均距离条件下，地球大气上界垂直于太阳光线的面上所接受的太阳辐射通量密度，称为太阳常数。太阳常数是一个相对稳定的常数，依据太阳黑子的活动变化，它所影响的是气候的长期变化，而不是短期的天气变化。
6500万年前白垩纪的小行星撞击地球事件，直接导致了支配全球陆地生态系统超过1.6亿年之久的恐龙灭绝。
天文及地质事件—突变性影响地球气候
相比地球轨道参数、星系轨道参数和太阳辐射对地球气候影响的周期性，天文及以超级火山喷发为代表的地质事件，对地球气候的影响具有突变性。其中天文事件中，较为知名的便是发生在6500万年前白垩纪的小行星撞击地球事件，直接导致了支配全球陆地生态系统超过1.6亿年之久的恐龙被“团灭”。当然，还有陨石撞击地球，有学者认为258万年前，一颗巨大陨石撞击了地球，导致地球磁场由松山反向极性期转向了布容正向期，进而影响了全球的气候变化，人类文明进入旧时代时期。
6500万年前白垩纪的小行星撞击地球事件，直接导致了支配全球陆地生态系统超过1.6亿年之久的恐龙被“团灭”
对于地质事件，主要是指地质历史时期稀有的、突然发生的、在短暂时间内完成而且影响范围广大的自然现象，如晚古生代早期华南海侵事件、中生代滨西太平洋构造-岩浆事件、全新世-更新世风化堆积事件等，其中尤以超级火山喷发会直接影响全球气候。
公元前1650年-前1600年希腊桑托林火山爆发，是距今一万年来最严重的的火山喷发之一。
公元前1650年-前1600年，希腊桑托林火山突然爆发，直冲天际的火山灰覆盖了整个地中海东部，是距今一万年来最严重的的火山喷发之一。据记载，当时古埃及的天空连续三天漆黑一片。桑托林超级火山喷发使得克里特岛上的所有城市，在同一时间全部被掩埋，米诺斯代表的克里特文明作为欧洲的古文明之一，永远从地球上消失了。
桑托林超级火山喷发使得克里特岛上的所有城市，在同一时间全部被掩埋，米诺斯文明也随之消失。
直到1967年，美国考古学家偶然在岛上60多米厚的火山灰下挖出了一座古代商业城市才逐渐揭开它神秘的面纱。此外，这次超级火山喷发很可能是诱发夏朝灭亡的元凶，《国语·周语》中记载“昔伊洛竭而夏亡”。
1815年印尼松巴哇岛上的坦博拉火山喷发，世界历史的进程，也让中国领先千年的农业文明陨落。
此外还有1815年印度尼西亚松巴哇岛上的坦博拉火山喷发，持续三个多月的强烈喷发，约有1.4亿吨的火山灰、熔岩和其他物质被喷出，是近代两三百年有科学观测以来，全世界极为罕见的7级火山喷发（最高为黄石超级火山喷发的8级），也是最大的一次火山喷发。当喷发停止后，坦博拉火山的山体高度已经从4100米降为2850米，意味着山体被削掉了1000多米，巨大的能量相当于8亿吨TNT炸药的威力，是炸平日本广岛的小男孩原子弹爆炸威力的6.2万倍。
卫星拍摄下的坦博拉火山，1815年的持续喷发，使山体被削掉了1000多米。
最终受坦博拉火山喷发时的冲击波、火山碎屑流和地震影响，松巴哇岛和周边岛屿约1万人当场遇难，随后数月受火山灰落地影响，又导致8万余人死于饥荒和疾病，但对全球气候的影响到第二年，即1816年才突显。
遮天蔽日的火山灰直达平流层，削弱太阳辐射强度，使得全球平均气温下降0.53℃。
遮天蔽日的火山灰直达平流层，削弱太阳辐射强度，使得全球平均气温下降0.53℃。就是这看似不起眼的0.53℃，产生的连锁反应，使得北半球在1816年成为“无夏之年”，农历八月“天气忽然寒如冬”，酿成了19世纪最严重的饥荒，改变了世界历史走向，导致中国经济由盛转衰。
地球气候的冰期与暖期切换，直接影响人类的生活和生存环境，限制了自然资源的承载力水平。
结语：
在地球漫长的地质历史中，气候环境曾有过剧烈起伏，即使在相对非常短暂的人类历史时期，全球平均气温也有过很大波动。地球气候的冰期与暖期变化，直接影响人类的生活和生存环境，限制了自然资源的承载力水平。通俗来讲就是气候的“寒暑”变化影响农业生产和全球生态系统的平衡，而农业生产决定人类社会的温饱，温饱决定社会稳定，社会稳定影响文明发展，这就是文明是气候的馈赠！
一驾喷气飞机飞越北非与西亚上空留下的“尾气”，下方是连通地中海与印度洋的红海。人类活动对地球气候影响
如今已经证实，近百年来人类活动影响了全球气候：自工业革命后，煤、石油等化石能源的广泛运用造成大气中二氧化碳的成分剧增，引起全球变暖。但地球气候变化的规律是人类了解最少的领域之一，谁也不知道，全球气候变暖的结果是冰川大量融化，沿海低地被淹没，还是像电影《后天》那样，引发连锁反应，进入冰川期。不管如何，对人类文明的未来而言，都是可怕的灾难，而我们能做的，就是从现在开始，减少排放温室气体，减少对自然法则的背离。
补充阅读：《文明是气候的馈赠》上、中、下连载的主要参考文献为：
近代气象学家竺可桢《中国近五千年来气候变迁的初步研究》 1972；
“黄土之父”刘东生编译的威廉斯《第四纪环境》1997；
地质学家许靖华《气候创造历史》2006；
狄·约翰《气候改变历史》2014。