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花粉考古見證古代宜蘭豪雨,和反聖嬰有關?

109/09/29 瀏覽次數 3580
宜蘭梅花湖,林淑芬採樣沉積物的地點之一。(圖/林淑芬)<
 
用花粉認識古代氣候

人類從古至今都受到氣候影響,想認識古代人類,勢必要了解當時當地的環境條件。考古領域中,擅長古代氣候的專家也有一席之地,中央研究院歷史語言研究所的研究副技師林淑芬,就扮演這樣的角色。

林淑芬在臺灣大學地質科學系就讀碩士班時,專注的題材是土壤。後來因緣際會進入中研院史語所工作,接觸到考古學,因此就讀博士班時改以花粉為主題,調查宜蘭近4,200年來的花粉紀錄,藉此探討古代的環境及氣候,與宜蘭史前文化發展的關係。這些工作令她成為臺灣罕見以花粉研究考古的專家。

植物是環境中重要的一部分,但是植物的組織幾乎難以留存;所幸小小的花粉不但輕、數量多,而且結構堅固,有機會長期保存。花粉專家只需要普通的光學顯微鏡,多半能識別到植物「屬」的層級,再加上電子顯微鏡,可以進一步分辨出「物種」。
 
電子顯微鏡下的蒿屬花粉。(圖/林淑芬)<
 
然而,環境中每種植物花粉留存下來的機率不一,光憑花粉不足以重建當時的地貌;不過比較各種植物花粉組成在不同年代間的變化,推論氣候、環境在不同年代的改變,倒是十分合適的分析策略。

林淑芬主要研究宜蘭的古代花粉,她從梅花湖、龍潭湖等地點採樣,分析地層中不同年代留下的沉積物,推測當時的氣候與環境。在取得豐富成果的過程中,她曾經犯下推論錯誤,卻意外成為目前新方向的突破契機,還連結到反聖嬰現象對臺灣史前文化的影響。這其中的曲折是怎麼回事呢?

茵陳蒿的誤會:耐旱植物,反而是豪雨指標

距今約800年前,宜蘭有大量茵陳蒿的花粉留下。一般認為茵陳蒿是長在沙地的耐旱植物,所以沉積物中見到大量茵陳蒿花粉,表示那時氣候乾燥,有利於耐旱植物大量生長。當時的考古紀錄也出現超過百年的中斷,即沒有人類活動的紀錄,林淑芬推論那時大環境乾旱,不利於人類生存。

然而,其他資訊令林淑芬懷疑自己早期的推論。詳細考察茵陳蒿在宜蘭的生長模式以後,林淑芬驚覺真相其實完全相反:耐旱的茵陳蒿,事實上是暴雨頻繁的指標!
 
羅東溪上游河床上的茵陳蒿。(圖/林淑芬)<
 
宜蘭有些河流,在雨量少的季節地表水量不足,河水往往潛入地下成為伏流。乾涸的河床佈滿礫石,不利植物生長,只有如茵陳蒿一類的耐旱植物可以生存。在雨季或颱風帶來大雨時,河床恢復為流水的河道,乾季時生長在河床的植物會被沖走;等到再度進入乾季,茵陳蒿又會再次長滿河床。

上述狀況若是一再反覆發生,花粉記錄中茵陳蒿的出現數量就會大增。假如古代狀況一樣,意謂茵陳蒿大量生長的年代,其實是豪雨頻繁發生的時期;因此當時考古紀錄中斷,其實和降雨過多有關,而非氣候乾燥。

宜蘭的環境與考古記錄

藉由花粉及其他資訊,可以重建宜蘭古代的環境、氣候變化。宜蘭地形如同口袋般,三面被高山圍繞,一面朝向太平洋。冰河時期結束後,海平面上升,距今約14,000年前海水逐漸湧入宜蘭平原地區,8,000多年前淹沒面積達到最大,當時宜蘭平原只有現在一半大。接著海水漸漸後退,距今3,000年前,海水退到距離目前海岸線西方2到3公里處。
 
丸山遺址。(圖/蘭陽博物館提供)丸山遺址。(圖/蘭陽博物館提供)
 
宜蘭最早的考古遺址可能距今達5,000年,在新石器時代早期、中期整體上遺址數量稀少,位置接近海邊;到了新石器時代晚期(以丸山文化為代表),遺址數量增加,距今2,400到3,600年間遺址幾乎都位於內陸的丘陵地帶,或許和平原被海水入侵有關。

有趣的是,宜蘭在距今2,000多年前之後,幾乎不再有人類活動的記錄,要等到1,300年前才恢復。距今800到1,300年間,宜蘭進入鐵器時代早期(以十三行文化普洛灣類型為代表),遺址分佈於海岸附近,接著便是上述提到超過百年的中斷期。直到距今600年前的鐵器時代晚期開始(以十三行文化舊社類型為代表),宜蘭平原上再度留下大量遺址。
 
宜蘭地區史前遺址分布圖。(圖/林淑芬)<
 
宜蘭2000年前頻繁豪雨,竟然和聖嬰現象有關?

為什麼距今2,000多年前開始,人類在宜蘭消失那麼久?氣候應該是重要因素。不論河流沖積扇或湖泊沉積物,都見證當時頻繁的豪雨,而且比距今800年前的規模更大。那段時期出現不少赤楊屬植物的花粉,赤楊是所謂的先驅植物,通常在植被匱乏的地區搶先生長,若它們能留下大量花粉,意謂那個時期原本的植被遭到消滅。

不過數百年的龐大雨量也改變了宜蘭的地貌,創造出更平坦、肥沃的沖積平原,彷彿「都更」一般,令宜蘭平原成為更適合人類居住的地區,才有隨後鐵器時代的興旺。

非常有趣的是,宜蘭最近數千年來降雨量最高的兩個時段,距今800和2,000多年前之後一段時期,剛好都是聖嬰—南方震盪(El Niño-Southern Oscillation,簡稱ENSO)最頻繁發生的時候。這令林淑芬想到:莫非太平洋遠方發生的ENSO,也影響到遙遠的宜蘭?
 
宜蘭梅花湖沉積物的氾濫砂層,可與熱帶東太平洋自距今2,000年前開始,ENSO活動頻繁發生的時期相對應。上方為加拉巴哥群島El Junco湖泊的砂級沉積物百分比,中間為宜蘭梅花湖(MHL-5A岩心)中的砂級沉積物百分比,下方為宜蘭梅花湖(MHL-5A岩心)中的沉積物性質變化。(圖/林淑芬)<
 
東北季風與颱風,共伴效應帶來豪雨

颱風以外,宜蘭降雨主要來自秋冬季的東北季風。假如颱風經過臺灣南方,當時又有東北季風同時出現,颱風的外圍環流與東北季風交互作用,便可能導致豪雨,稱為「共伴效應」。由於牽涉東北季風,共伴效應往往在9、10、11月上演。此時路過的颱風有機會變成共伴颱風,即使颱風沒有靠近臺灣,仍可能引發共伴效應。

林淑芬由蘇澳、宜蘭、竹子湖氣象站取得1982到2016年的降雨數據,和颱風等資訊比較,判斷這35年間至少出現過18次共伴颱風。有些颱風距離臺灣數百公里遠,臺灣甚至沒有發佈颱風警報,但是它們導致的共伴效應,仍帶給宜蘭龐大雨量。

反聖嬰年,共伴颱風數目最多

ENSO發生的地點位於太平洋東部赤道一帶,卻可能帶來世界性的影響,使某些地區出現極端氣候。根據海洋聖嬰指標的定義,假如區域內的海洋表面溫度(SSTA)連5個月比平均高出0.5度,便定義作異常溫暖的「聖嬰年」;反之,則為異常寒冷的「反聖嬰年」。1982到2016年期間有13年為正常年,聖嬰、反聖嬰年各11年。

18次共伴颱風中,13個正常年出現2次,11個聖嬰年出現5次,反聖嬰年最多,11年出現11次。研究鎖定的35年間,共伴颱風在反聖嬰年出現的數量、比例都最高。例如 2010年的梅姬颱風,就是反聖嬰年在宜蘭帶來豪雨的共伴颱風。
 
熱帶太平洋地區1982-2016年Nino 3.4海洋聖嬰指標(Oceanic Niño Index, ONI)隨時間變化圖。黃色菱形符號為宜蘭地區的秋季共伴颱風事件;位於紅色區塊為聖嬰年,發生5次,藍色區塊為反聖嬰年,發生11次,未填色區塊為正常年,發生2次。(圖/修改自林淑芬,2018,《大氣科學》)。<
 
反聖嬰年為什麼有更多共伴颱風?一個可能是反聖嬰年颱風生成的位置距離臺灣比較近,路過臺灣的機率更大;另一個可能是反聖嬰年的東北季風比較強,不過仍需要更多證據。ENSO會不會、如何影響臺灣,至今仍沒有定論。假如推論正確,表示儘管臺灣距離遙遠,至少在擁有獨特口袋地形,能突顯共伴效應的宜蘭,仍然會受到ENSO的影響。
 
林淑芬認為,在反聖嬰年,東北季風與颱風發生共伴效應的事件較多,帶給宜蘭龐大雨量。(圖/何庭劭繪)林淑芬認為,在反聖嬰年,東北季風與颱風發生共伴效應的事件較多,帶給宜蘭龐大雨量。(圖/何庭劭繪)
 
不過上述研究對象是現代,該如何應用於千百年前的考古?古代ENSO事件沒有這麼詳細的逐年解析度,只能估計一段時間內發生的頻率;對照之下,發現古代宜蘭降雨量高的時期,ENSO的頻率也高。假如ENSO透過共伴效應影響臺灣,可以想像宜蘭受到的影響最大,而考古上宜蘭人類消失的時候,周圍的臺北、新北、花蓮仍持續有人居住。
 
宜蘭平原。(圖/林淑芬)宜蘭平原。(圖/林淑芬)
 
上百年頻繁豪雨,應該不會只有單一成因;人類活動除了氣候之外,也還受到許多因素影響。不過透過古代花粉、最近的氣象記錄,林淑芬依然找到一條很有價值的線索。倘若歷史上ENSO真的影響過臺灣,或許不只限於宜蘭,也在臺灣其他地區造成過不一樣的影響,這也是林淑芬接下來希望回答的問題。

即使如今科技水準遠勝古代,現代人依舊受到氣候影響。研究現在能找到認識古代的線索,了解古代也能替現在帶來指引,這是考古學研究過去,對現在的一大意義。

參考資料
1. 林淑芬,2008,聚落發展與自然環境變遷 以宜蘭地區史前為例,《臺灣史前史專論》
2. 林淑芬,2018,宜蘭地區秋季共伴豪雨與聖嬰-南方震盪的遙相關,《大氣科學》
3. 林淑芬,2019,大地脈動下的宜蘭史前先民,《地質,38卷,第4期,第66-70頁》
 
審閱:林淑芬
宜蘭梅花湖,林淑芬採樣沉積物的地點之一。(圖/林淑芬)電子顯微鏡下的蒿屬花粉。(圖/林淑芬)羅東溪上游河床上的茵陳蒿。(圖/林淑芬)宜蘭地區史前遺址分布圖。(圖/林淑芬)宜蘭梅花湖沉積物的氾濫砂層,可與熱帶東太平洋自距今2,000年前開始,ENSO活動頻繁發生的時期相對應。上方為加拉巴哥群島El Junco湖泊的砂級沉積物百分比,中間為宜蘭梅花湖(MHL-5A岩心)中的砂級沉積物百分比,下方為宜蘭梅花湖(MHL-5A岩心)中的沉積物性質變化。(圖/林淑芬)熱帶太平洋地區1982-2016年Nino 3.4海洋聖嬰指標(Oceanic Niño Index, ONI)隨時間變化圖。黃色菱形符號為宜蘭地區的秋季共伴颱風事件;位於紅色區塊為聖嬰年,發生5次,藍色區塊為反聖嬰年,發生11次,未填色區塊為正常年,發生2次。(圖/修改自林淑芬,2018,《大氣科學》)。
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