1200年前，一股强大的宇宙射线——携带着相当于1.67亿吨TNT炸药的能量——从一颗恒星进入地球，并使地球偏远地区充满了铍、碳同位素和其他元素。
这次宇宙事件在树木年轮和冰芯中留下了印记，这些是人类时代之前的自然历史书籍。利用这些，科学家们解决了关于地球如何响应火山爆发的长期争论。
他们发现，在过去2500年中，几乎每一次大型火山爆发都会迅速冷却地球。这项研究昨天发表在《自然》杂志上。
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“火山爆发是气候系统的主要影响因素之一，”伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的地质学家凯文·安丘凯蒂斯说，他与这项研究无关。
科学家首次意识到火山的影响是在1991年，当时菲律宾的皮纳图博火山向大气中释放了2000万公吨（约300万头非洲象的重量）的硫气溶胶。这些粒子将阳光反射回太空，并在接下来的两年里降低了全球气温。
研究皮纳图博火山的科学家推测，火山——特别是气溶胶——一定会冷却地球。
他们必须使用历史数据来证实这一点，这是一项具有挑战性的任务，因为很少有详细的火山爆发记录。甚至全球气温的记录也只能追溯到19世纪。
这项任务很重要，因为火山喷发的气溶胶触及了关于气候变化的争议的核心。大多数科学家都同意人类造成的全球变暖正在发生，但他们对地球变暖的速度存在分歧。政府间气候变化专门委员会（IPCC）表示，二氧化碳浓度增加一倍会导致地球升温2至4.5摄氏度。因此，了解气溶胶及其对地球的冷却效应对于缩小这一范围至关重要。
通过树木和冰层揭示的历史
为了将历史延伸到仪器记录之外，古气候学家依赖于树干和冰芯。
树木每年都会在其树干上增加一层新的木质层，并记录生长时的温度。
同样，极地的年度降雪会将大气中的气溶胶和其他颗粒物困在冰中。因此，从格陵兰岛和南极洲钻取的冰芯中包含了这些记录。冰层中的气溶胶峰值可以指示过去的火山爆发。
树木年轮和冰芯科学家独立地组装了过去2500年的温度和火山爆发时间表。
然后，他们比较了结果。
“它们需要匹配；它们需要彼此同步，”沙漠研究所的水文学家、该研究的合著者约瑟夫·麦康奈尔说。
但时间表并没有很好地同步。例如，树木年轮显示，公元536年全球气温骤降，科学家们推测，在此之前发生了一次火山爆发。当时的史学家写到了一种神秘的“尘埃面纱”、饥荒和瘟疫。
但是，当科学家检查冰芯记录时，他们没有发现重大爆发。
这意味着两种可能性之一：火山爆发并不总是引发全球降温。或者冰芯记录略有偏差，必须重新校准。
“现在一切都说得通了”
正如学生在化学实验室早期学到的那样，校准是所有测量值的关键。
在过去的气候方面，科学家们使用一套由偶然性创造的有限的校准工具。其中一种工具是在公元775年创建的，当时由一颗恒星或可能是一颗超新星引发的一次外星宇宙射线事件分裂了大气中的原子，并使偏远地区充满了碳-14和铍-10等同位素。
日本的雪松树含有与公元775年对应的碳-14同位素峰值。极地的冰芯含有铍-10的峰值。
注意到这些平行的峰值，麦康奈尔和他的同事们强制在冰芯和树木年轮时间表的这一历史点上匹配。
“它为我们提供了一个非常明确的标记，使我们能够绝对地将树木年轮年代学与冰芯年代学联系起来，”麦康奈尔说。
这使得两个记录完全对齐。
公元536年的全球降温事件现在确实是由一次重大爆发引起的。
“所以它调和了一切；现在一切都说得通了，”麦康奈尔说。
WHOI 的 Anchukaitis 说，科学家可以使用新的、重新校准的冰芯记录来完善他们对“地球系统以及海洋和大气如何响应到达地面的能量扰动”的理解。
“这是一种非常优雅的方法，也是一个重要的结果，”他说。
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