不少人認為，全球暖化及氣候改變，可能是人類在這個世紀中面對的最大難題。為了能更快更完善地解決這個問題，科學家們必須更全面更深入地了解地球的氣候系統。是的，地球的整個氣候系統複雜無比，我們還未能完全了解呢。未能全面了解這個複雜的系統，也是全球人類無法同心協力解決氣候問題的部分原因：許多質疑甚至不接受全球暖化的人，都辯稱既然科學家們之間也未能對氣候的了解和預測達成共識，其他人亦無法對全球暖化投以信任的一票。那麼今天就以海水溫度為例，讓我們分享一下科學家們在這方面的努力。
推算海水溫度 靠生物不準確
地球的氣候系統千絲萬縷，海洋也是很重要的一環：海水的溫度反映了地球兩極冰塊溶化的速度，也影響了海水吸納二氧化碳的容量、颱風形成的機率，因此是幫助科學家們了解地球氣候的重要資料。
尤其是大約兩萬年前，地球正值一個冰河時期的尾聲，不過在不太清楚的原因之下，地球在其後的一萬一千多年經歷了一段氣候溫暖的時期。要理解這個「擺脫」冰河時期的原因，科學家們極需知道當時地球的氣候狀況，以求深入了解相關的科學原理、優化各種各樣的氣候模型。數千數萬年前的海水溫度，就是對科學家們極有用途的數據之一。
不過要知道數千數萬年前的海水溫度，談何容易？那個時候的人類還在十分原始的狀態，可能連什麼是溫度也不懂，自然不會留下什麼記錄；看來我們得依賴當時遺留下來的一些東西，好讓我們從中推斷出當時的海水溫度。
一直以來，科學家們使用的很多方法，都跟當時的生物有關：什麼樣的生物遺骸聚在一起、貝殼中鎂與鈣的比例、一些海洋生物有機化合物的化學結構排列，這些都受海洋的溫度影響，因此可以用來推斷古時的海水溫度。不過這些方法要求我們對生物如何受海水溫度影響有深入的理解，實際上來說並不容易。因此推斷出來的溫度，誤差可能高達攝氏1度。1度說來好像不多，不過冰河時期完結前後，海水溫度的改變大約也只是3度而已；由此看來，1度的誤差可謂一點兒也不少。
懶惰貴族氣體 推測更為準確
為此，美國加州大學（聖地牙哥分校）的氣象物理學家Bernhard Bereiter和他的研究夥伴，開發了一個並不依賴生物的方法去找出數千數萬年前的海水溫度：經常被用於霓虹燈中的貴族氣體（noble gas）不容易跟其他物質發生化學反應，與各種生物也很少有「瓜葛」；因此這些貴族氣體，特別是當中較重的氪（krypton）和氙（xenon），能有多少溶解於海水當中，主要受溫度控制，而很少受其他的化學跟生物反應影響。而且這種溶解過程發生相對較快，海水溫度改變以後大約100年後，氪和氙的溶解量就會有相應的反應了，因此可以容許科學家更容易推斷出準確的海水溫度。
當海水變暖，較少的氪和氙就會溶於海水之中；相對來說，大氣層中的氪和氙就會變多。只要我們找到過去的空氣，再量度當中氪和氙的含量，就可以知道當時海水的溫度啦。
只是我們怎樣找到過去的空氣呢？南極冰層之中藏了不少「古時」的氣泡，當中就是過去的空氣啦！利用這個方法，Bereiter和他的研究夥伴可以判定海水溫度在350年之間的改變，推斷出的溫度的準確度，更高達四分之一度。Bereiter這些重要的研究成果，將對我們再進一步理解氣候模型起着極其重要的作用。■張文彥 香港大學理學院講師
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。