氣候變遷的衝擊：氣候變遷與古文明的興衰
97/04/09
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魏國彥｜
臺灣大學地質學系教授
許揚蕙｜
臺灣大學地質科學系
根據取自新疆焉耆盆地博斯騰湖的岩芯分析及定年結果，可把過去4千年來新疆南疆的氣候分成3個階段：（1）夏朝到漢朝初年（約公元前500年到公元200年）的乾濕氣候交錯期，（2）漢、晉、南北朝、早唐、中唐（約公元200年到800年）的穩定濕潤期，（3）晚唐到明末（公元800年到1700年）的乾旱期。晚唐以來的乾旱可能造成綠洲消失，西域古國衰亡，絲路也因而柔腸寸斷，一蹶不振。晚唐的乾旱事件與中美洲古典馬雅文明的消亡幾乎同時發生，乾旱重創東西兩個古文明的憾史也遙相呼應。
塞外明珠博斯騰湖
博斯騰湖位在天山南麓的一個盆地中，湖泊東西長約90公里，南北寬約65公里。湖的西面布滿蘆葦，船經其中，讓人想起《水滸傳》的梁山泊，湖上的漁家似乎也有阮小二、阮小五兄弟的身手。蘆葦匯聚之處，恰是水草豐美的所在，有些地方開闢成農場，羔羊在茵茵綠草上覓食撒歡，楊樹在村落間迎風招展，戈壁大片的沙漠之中交織著江南風味的綠洲美景。
湖中盛產一種叫做「五道黑」的中型魚，味道鮮美；湖上泛舟，湖畔垂釣，柳絲輕拂，炊煙裊繞，像是世外桃源。但這只是研究人員在2000年夏天在湖中鑽取岩芯時的錯覺，其實冬天時，這湖冰封百里，冰上不但能跑馬，還可以開吉普車。
博斯騰湖是開都河的終點，開都河的源頭可是遠在天山上的雪水，河水流下山谷、穿過沙漠，無數分岔小河與渠道灌溉了焉耆盆地，最後匯聚成號稱「塞外明珠」的博斯騰湖。在流進博斯騰湖之前，河邊有個人丁興旺、車水馬龍的大鎮─焉耆。筆者首次經過跨河的大橋時，眼見城鎮河岸被沙棗林連成一片蓊鬱，同行者道稱：「這就是焉耆。」焉耆！那不是西域古國嗎？
中央研究院地球科學研究所李德貴教授曾數度進出新疆進行地質及地球物理考察，在他的帶領下，古氣候研究團隊在1999與2000年夏天兩度來到博斯騰湖，在湖的西南部鑽取了兩根岩芯。鑽取第2根岩芯時，湖上起了一陣怪風，大浪洶湧澎湃，把固定鑽井機具的兩條鐵殼船吹翻了。幸好小舟上的科學家身手敏捷，及時跳開，但兩葉扁舟卻在出師未捷時就葬身大湖。野外研究固然賞心悅目，其實也是危機四伏。
遠赴新疆的旅程功不唐捐，攜回了一根由湖心鑽取，長7.26公尺的岩芯，編號是BLX－C。黑灰色的細質黏土，夾雜著一些黃褐色的紋理，有的層段含有貝類化石，也記錄著天山南麓古氣候的祕密，洩露出焉耆古國興衰背後的環境因素。
小化石透露的訊息
岩芯沉積物的上段較常出現黃褐色的斑紋，岩芯中段部分多是灰黑色，到了下段，又有零落的黃褐色、暗紫色條帶出現。這些變化到底隱含著什麼祕密呢？是沉積物來源的變化？水系的變化？或氣候的變遷？
把岩芯每隔10公分取一樣本，經水洗過篩，在顯微鏡下仔細觀察，我們發現一些微體化石，主要有介形蟲、螺、雙殼貝等，這些介形蟲及螺貝類多數出現在黃褐條紋層的下方。在岩芯上段，還伴隨著植物的殘梗、敗葉。此外，灰黑色的泥岩中偶爾也可找到一些介形蟲，種類較少，形態也不太相同。
因為螺貝與植物枝梗、碎葉都含有碳，量雖然不多，但精挑細選後，仍選送了一些標本到紐西蘭的國家試驗室以原子加速器進行碳十四定年，也為岩芯訂出了一套年代模式。岩芯底部年齡不詳，但600公分處大概有4千年老，相當於夏禹治水、中華文明初起的時期。
研究團隊也對岩芯進行了其他分析，例如磁性、化學元素、碳同位素、礦物、有機物含量等，電子顯微鏡的研究更發現微體化石中有介形蟲。由於化石記錄反映了戰國時代到明末博斯騰湖湖泊及周圍水域的環境變化史，為了辨認這些介形蟲小化石，甚至遠赴德國請教古生物地層專家。
介形蟲有兩片磷酸鈣質的殼，一左一右相對稱，把軟體部分保護在殼體中間。介形蟲最早出現在寒武紀（約5億年前），一直延續至今。它們分布極廣，在較為安靜的水體底層，如河灣、沼澤、淡水湖、鹹水湖、潟湖、淺海、深海的底泥中都可見其蹤跡，甚至沙漠綠洲的間歇湖中也有發現。在某些乾涸的湖泥中，介形蟲如疏忽玻璃介，靠著少許殘餘的水分就可以苟活甚久。
在介形蟲成長的過程中，由幼體到成蟲要經過好幾次的蛻變，雖然一生中遺留許多殼體在沉積物中，但因體型甚小，沒什麼經濟價值，殼體裝飾又簡單，談不上美麗，所以並不引人注意。然而，「走過的必留下痕跡」，在我們的眼中，它們的確留下了古環境的點滴。
最引人注意的是，在岩芯深度65公分的位置，也就是公元800年左右，沉積物、磁學性質、礦物成分及介形蟲族群的組成都起了明顯的改變。其變化程度是整根岩芯所僅見，而且也是在這個層面之上出現了橙黃、淺褐、淡紫等五彩斑爛的色澤，和較多的植物碎屑。
巨變發生之前的沉積物顏色灰黑單調，明顯表現出靜水沉積的特質，含有的介形蟲是史氏達爾文介與湖生類花介，這類生物目前尚生存於較深的淡水環境中。而在界面之上，出現的介形蟲種類更多，增加了淺水種疏忽玻璃介，耐高鹽度、鹼度的雪佛金星介與結節正星介等種屬。至於適應深水、淡水生活的湖生類花介，則消失得無影無蹤。
另外，新出現的一種寡居斗星介，是棲息在水中植物枝梗葉片上的介形蟲，但也只是曇花一現，與沉積物中出現較大量的植物碎屑相呼應。這些植物碎屑的原始面貌模糊不清，推估應是淺水生長的蘆葦、水草之屬。
往更上層，以適合高鹽度水體的介形蟲的種類為主，如纖羽湖花介和適應淺水生活的疏忽玻璃介和透明豆莢玻璃介，都成為優勢種屬。
由介形蟲組成的變化來推測，廣鹽、淺水、植棲、抗鹼、抗旱種屬的大量出現，顯然指出一個逐漸變淺、間歇乾涸的湖沼環境在形成。換算成歷史年代，這一巨變發生的時間應在晚唐時期，約公元800年左右，乾旱的情況在宋朝初年轉劇，並持續到明末。
綠洲消失 絲路衰退
焉耆在中國歷史出現甚早，《史記‧大宛列傳》記載張騫通西域，他從長安出發到西面的車師、焉耆、龜茲、疏勒、大月氏、莎車、于闐等地，經過13年才回到長安。《漢書‧西域傳》也記載：「焉耆國王至員渠城，南至尉犁百里，近海水多魚。」這個海，指的就是博斯騰湖吧！
博斯騰湖又名「巴勒喀斯湖」，《水經注》稱為「敦薨之水」，又稱「西海」。從漢朝以下到唐朝，歷代的典籍，如《後漢書》、《晉書》、《魏書》、《周書》、《隋書》、《新唐書》都有「焉耆傳」，其都城容或歷經遷徙更迭，已非昔日煙華，但這一文明古國的存在由漢至唐也算源遠流長了。
唐貞觀元年，西元627年，玄奘法師從長安出發，跋涉萬里，「乘危遠邁，策杖孤征」，遠赴印度取經，途經焉耆古國。在他撰寫的《大唐西域記》中如此記述：「國大都城周六、七里。四面據山，道險易守；泉流交帶、引水為田。」顯見焉耆古國早有農田水利。
唐朝時期，絲綢之路南到印度，西到地中海，延綿幾千里，途經現在的新疆、巴基斯坦、阿富汗、伊朗、伊拉克、土耳其、塔吉克斯坦、阿賽拜疆等地。絲綢之路一度分為南、中、北三道，博斯騰湖及焉耆就在連結中道與北道的交會點上。想像當年商人、僧侶、軍人絡繹於途，往返於歐亞兩大陸，焉耆是一個重要交易點、休息區，其繁榮可見。
現今焉耆城南約18公里的地方有一「四十里城子」，東面遺留有一古城牆遺跡。考古學家黃文弼考證是所謂「博格達沁古城」，城內土墩出土有唐朝開元通寶、乾元通寶、大歷通寶銅錢、波斯薩山朝銀幣、陶片、金飾、鐵器等。
2004年夏天在考古學家的帶領下，我們重返古城，在荒煙蔓草間猶能尋獲一、二破陶片及鐵器殘片。有些返鄉回民，也追憶當年在古城中放羊牧馬時光，曾撿到唐朝古銅錢的往事。足證考古學家和一般百姓都見證過這古城埋藏的古物遺跡，證明至少到中唐時期，這地方仍是商旅來往不絕，東西貿易昌盛。
在焉耆縣西北約30公里有一些土墩，叫「七格星名屋」，是維吾爾語「千間房子」的意思，是唐朝佛教寺廟、洞窟的遺跡。20世紀初，德國探險家兼劫掠者，人稱「西域惡魔」的勒科克（A.V. Le Coq），曾經在這裡大肆挖掘，把一些佛像雕刻運送回歐洲，這批古物現今仍收藏在柏林印度藝術館內。雕像著袈裟，右肩袒露，衣服緊貼身體，顯露出挺胸、細腰的健美體型，表現了犍陀羅的風格特徵，估計是七、八世紀間的作品。
歷史文獻及出土的古銅幣、佛像，在在說明著這個地方由漢朝以來文化興盛，到中唐時期仍有商旅往來及興盛的佛教活動。然而在晚唐之後，一切活動似乎戛然而止，這是否暗示著公元8世紀末期的大乾旱終止了漢朝以來的美好時光？唐朝末季，湖泊乾涸，黃沙滾滾，埋沒了原先的良田綠野。綠洲萎縮，商旅遠避，晚唐以後，絲路柔腸寸斷，一蹶不振。中亞地區的持續乾旱，使一度昌盛的西域古城化為廢墟，絲路的功能終被海上絲路取代，博斯騰湖岩芯道出了這段滄桑。
無獨有偶的是，8世紀末期中亞西域的乾旱與中美洲的古典馬雅文明的衰亡幾乎在同一時間發生。
乾旱使古典馬雅走向衰亡
馬雅文明發祥於中美洲稱做「馬雅低地」的地方，每年總有幾個月的乾旱，靠著季節性的降雨來維繫農業。古典馬雅文明在公元500至600年達到巔峰，而在公元800至1000年間傾頹，人口銳減，史稱古典馬雅末季。
美國佛羅里達大學的侯德爾教授，從90年代末期就針對中美洲的一些湖泊進行古氣候研究。墨西哥尤加敦半島北部一個湖泊（Lake Chichancanab）的岩芯紀錄顯示，公元670年間發生了一次短暫的乾旱事件，在沉積物中留下0.5公分厚的石膏層。在公元770年到870年間又出現兩層石膏沉積，表明嚴重的乾旱在2百年間至少發生3次。
到公元920至1100年間又有4個石膏層出現，顯示約每50年發生一次大乾旱，從7世紀末期以來頻繁發生的乾旱，使得原本繁盛一時的古典馬雅文明倍受衝擊。南加勒比海南緣卡里亞克海盆的海洋岩芯紀錄也支持這個解釋。這海洋岩芯中的鈦含量，可以反映南美洲北緣由河川輸入加勒比海的陸源沉積物的多寡。鈦含量越高，表示陸上的雨量大，侵蝕旺盛，輸入了較多的陸源物質。
編號ODP1002C岩芯中的鈦含量，在公元760、810、860及910年左右都出現極低值，顯示了以50年為周期的乾旱現象。這意味著從南美洲北部的赤道區域，往北延伸到中美洲的猶加敦半島，也就是由赤道到北回歸線的這一大片熱帶、亞熱帶區域，在公元8世紀至10世紀經歷了頻仍的嚴重乾旱。卡里亞克海盆底層缺氧，沒有底棲生物擾動，季節性的紋泥沉積保存的很好，科學家因此可以算出每次乾旱期持續的時間。舉例而言，公元860年的乾旱持續了3年，公元910年的乾旱則持續了6年。
每年夏季當間熱幅合帶（intertropical convergent zone, ITCZ）北移時，掠過猶加敦半島，攜來大量雨水。到了冬天，ITCZ南移，降雨減少，馬雅低地甚至表現出沙漠氣候的特徵。加勒比海南緣的卡里亞克海盆及附近的南美洲北緣，其實也處在同一個氣候條件下，每年經歷季節性的乾濕循環。
解讀湖泊及海洋岩芯的古氣候紀錄，都一致指向在公元9世紀該區域曾經歷最嚴重的乾旱，推測應是ITCZ南移甚遠，不再造訪馬雅低地，也就是所謂的「春風不度玉門關」。雨季不再來，千里苦旱，農業崩潰，原本繁華的古典馬雅，人口眾多，環境承載已達飽和，一旦風不調、雨不順，飢民流竄、社會動盪，文明因而崩潰。
無獨有偶，學者們從相隔兩萬多公里，分處新疆與中美洲的兩個湖泊中，解讀到過去兩千多年來的古氣候變化，發現公元8世紀末期兩地分別發生了嚴重的乾旱，乾旱期延續甚久，大乾旱可能每50年發生一次，每次延續3到9年不等。在東方的西域，連結歐亞的絲路因為持續的乾旱而衰落；在西方，馬雅古文明也因為乾旱而走向衰亡。兩個古文明的興衰歷程東西呼應，足證自然環境的變化宰制了文明興衰，也影響了人類的歷史。
