给火山致冷铁案平反：长期火山活动多寡造成地球冷热变化

                              杨学祥

大家都说，国外的月亮比国内圆，开始我还不信，现在终于信了：选拔人才的第一标准是海外归来的博士，论文水平的最高标准是海外著名期刊，这些连小学生都可以熟记和辨别的简单标准，把中国未来的决定权通通出让给国外的相关机构。

中国的问题谁做主？

最近，国际著名期刊《科学》杂志给火山致冷铁案平反，主张火山喷发导致全球变暖。短短几天，就传遍了中国的新闻界，真是一声令下，闻风而动。可惜，同样的科学观点在中国科技杂志上却沉睡了17年。事实证明，中国不是没有科技创新，而是中国的科技创新没有得到外国杂志的批准。

面对风起云涌的中国论文争相发表在国外期刊的“科技圆月梦”，中国的科技期刊还有前途吗？你的声音没有人听到，你的结论没有人研究，你的论文没有人关注。

实际上，国外期刊的论文并不一定都是首创，它们也受到地域和语言的限制，至少，他们没有注意到中文论文，也看不懂中文论文。

一、从亿万年尺度看地球气候变迁火山活动多寡造成地球冷热变化

　　据美国得克萨斯大学奥斯汀分校网站21日报道，由该校科学家带领的一个科研团队在最新一期《科学》杂志上发表的一项新研究提出，与大陆板块构造运动相关的火山活动可能是过去几亿年来地球气候冷热变化的原因，并解释了为何会有这种周期性波动。

　　该研究探索了地球基准气候的长期变化。首席研究员莱恩·麦肯齐说，他们发现在过去的7.2亿年中，当沿着大陆弧的火山活动更活跃时，气候更温暖，可称为温室期；反过来当大陆弧火山活动较少时，气候更寒冷，可称为冰室期。

　　大陆火山弧系处在活跃的大陆边缘，是两个构造板块会合时造成的，如安第斯山脉，海洋板块冲入大陆板块下面形成潜没区，此时岩浆会与地壳中的碳混合，当这里火山爆发时，会把二氧化碳释放到大气中。

　　“大陆弧系可以通过地壳被探测到，它们容易和地表以下的含碳岩石相互作用。”麦肯齐说，人们早就知道，大气中二氧化碳含量影响地球气候，但什么原因导致了二氧化碳的变化还不清楚。新研究指出，地质活动释放到大气中的二氧化碳数量是地球气候的主要驱动力。

　　研究人员用了近200篇已发表研究中的数据和自己的调查数据，建立了一个数据库，构建了过去7.2亿年间大陆边缘火山的历史。通过研究火山弧附近的沉积盆地，观察历史上不同大陆的锆石产量的变化如何反映冰室和温室的过渡。他们发现，产生锆石多的时期是温室期，随着锆石产量减少，就转入了冰室期。

论文合著者、杰克森学院地质科学系教授布莱恩·霍顿说，他们研究的不同之处在于调查了极漫长的地质记录，这期间发生过多次温室—冰室事件。较冷的冰室期往往和形成超级大陆有关，此时大陆火山活动减少；较温暖的温室期与大陆破碎有关，此时大陆火山活动增强^[1，2]。

http://news.xinhuanet.com/tech/2016-04/23/c_128923790.htm

由于温室效应是当今最时髦的理论，火山喷发也一改导致气候变冷和形成小冰期的恶名，光荣地加入了全球变暖的科技洪流。

小冰期时期，气象学家高呼：火山活跃期来了；全球变暖时期，气象学家又高呼：火山活跃期又来了！

究竟火山喷发带来了什么：变冷还是变暖？

二、火山喷发的双重作用

1816年，全球性的低温袭击了从欧洲、美洲甚至中国，北半球平均气温下降了0.4-0.7℃，与道尔顿极小期有关，此前的蒙德极小期造成北半球持续70年的连续低温。但是，造成1816年寒冷现象的更直接原因是1815年坦博拉火山喷发，1809年也发生了火山喷发^[3-5]。在此期间还有两次火山爆发，分别发生在1812年的加勒比海地区和1814年的菲律宾。

最新研究认为，地球小冰期始于13世纪后期，可能从1275年至1300年间就开始了，在大约50年时间里，热带地区相继发生了4次大规模火山爆发。由于喷出的火山灰中含有大量悬浮颗粒，阻碍了太阳辐射抵达地球表面，北半球在相对很短的时期内不断遭遇“降温”，这种累积效应使北半球突然进入冰期。1430年到1450年，也发生了一轮大规模火山喷发，其中包括瓦努阿图的火山，导致几个世纪的寒冷时期“小冰期”的到来^{[6, 7]}。

2010年冰岛火山喷发后，火山活动对气候的影响重新引起人们的关注，伴随火山资料的增多，研究火山活动对气候的影响不仅成为可能，而且有重大的现实意义。

从15至17世纪的200余年小冰期时期，世界上强震很多，其它自然灾害（如瘟疫流行）也很集中，这正是太阳黑子的蒙德极小值期^[8]。人们往往把太阳黑子延长极小期当作小冰期气候产生的原因。进一步的研究表明，火山活动对小冰期有重要影响。小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。因为火山灰和二氧化硫等火山喷发物到达平流层后，较小的气溶胶可在数月内传播到全球，并可在平流层内持续漂浮1-3年，使太阳直接辐射减弱，造成大气降温^[9-12]。太阳活动和火山活动是小冰期气候变化的主要因素，下一个太阳黑子延长极小期已经到来^[9-16]。

我们在1999年指出，现代火山活动有明显致冷的记录。短周期的对应关系是：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。但是，火山长周期的对应关系却是：火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应^{[17, 18]}。

大多数学者认为，15-18世纪的小冰期是由太阳辐射减弱或火山喷发单一作用或共同作用引起，火山灰中含有大量悬浮颗粒，阻碍了太阳辐射抵达地球表面。最近研究表明，小冰期从13世纪开始，源于公元1275年和1300年之间的4次火山喷发。在过去的450年，最近研究发现了火山喷发与大气和海洋低温的联系，短期的变冷时代从13世纪到18世纪，大气和海洋系统被火山喷发所控制。但是，发生在古老世纪白垩纪的长期变暖时代，发生了最强烈的海底火山喷发，喷发物中的火山灰被海水过滤，连同海洋增温所释放出的温室气体阻止热辐射返回太空，使地球气候变暖。火山喷发具有双重效应：致冷和致暖。温室效应不是气候变化的唯一因素，其他因素必须参与地球的热平衡。火山活动主要受地球内部能量间歇性释放所控制。对作差异旋转的内核而言，太阳辐射量影响核幔角动量交换和壳幔能量交换，造成热幔柱喷发和强烈岩浆活动，控制了核幔边界到地表的能量交换过程。这是天文周期与火山活动一一对应的原因。二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-291543.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-674299.html

Whyte指出，在过去4.5亿年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。地球旋转加速时期主要对应了正极性时期，而旋转减慢时期主要对应了负极性时期，前者如志留纪至早泥盆纪和中生代，这阶段由于地球旋转速度加快，使地磁极具正极性、洋脊活动增强、全球性海侵和古气候变暖。自晚泥盆纪至二叠纪和新生代，是地球旋转速度减慢时期，表现为负极性为主、洋脊活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。这些资料表明，在几亿年时间尺度上，各种地质旋回有一定程度的相关性存在，与地球自转速度变化相对应^[19]。

我们在2013年讨论了地球自转速度变化、构造运动、地磁极性倒转和灾害性气候相互对应的地球物理机制。其中，火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应（见表1）^[20]。

表1中，我们明确地给出了在全球温暖期，火山喷发最强，大陆分裂，形成最大海侵；在大冰期，火山喷发最弱，大陆集中在两极，形成最大海退。我们最早在1996、1997和1998年发表了这一观点和表1^[21-23]。

　　首席研究员莱恩·麦肯齐说，他们发现在过去的7.2亿年中，当沿着大陆弧的火山活动更活跃时，气候更温暖，可称为温室期；反过来当大陆弧火山活动较少时，气候更寒冷，可称为冰室期。

　　论文合著者、杰克森学院地质科学系教授布莱恩·霍顿说，他们研究的不同之处在于调查了极漫长的地质记录，这期间发生过多次温室—冰室事件。较冷的冰室期往往和形成超级大陆有关，此时大陆火山活动减少；较温暖的温室期与大陆破碎有关，此时大陆火山活动增强^[1，2]。

这为我们10年前提出的观点提供了新的证据。

表1  地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转（杨学祥，1996；杨学祥等，1997，1998；杨冬红，2013）

火山喷发出的火山灰能够遮蔽阳光，具有致冷作用；火山喷出的温室气体——CO₂和水汽具有致热作用。特别值得指出的是，海底火山喷发经过海水过滤，不仅能释放出海洋中的温室气体，而且能使大气和海洋同时增温。温室效应只有增温大气效应，模拟计算表明，二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因，海洋增温和地核能量释放的作用不能忽视^[24-30]。

近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15℃，大气冷却了10-15℃^[31]，而第四纪冰期到来之时，海洋底层水温度为0℃，目前为2℃。这表明全球温暖期对应海洋底层水的高温期，全球大冰期对应海洋底层水低温期，海洋底层水是地球储存“冷能”的仓库^[32]。新洋壳生成和海底火山活动引发的海温升高和海水中CO₂释放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是人为温室效应所不能达到的。

三、科学观点不问出身

科学的第一原则是公平，如果文章由于自己的出身不同（刊物本身影响力的不同）而受到不同的待遇，这不仅说明当前科学评论界的低下水平，而且会导致文章作者为在著名刊物上发表文章而不得不阉割文章的创新灵魂。有些科技论文的作者为了引起刊物编辑和评审人的关注，放弃小刊物上的原文作者的论文引用，转而引用著名刊物上的第二手资料，使科学的首次发现权受到损害。

事实上，大刊物和小刊物、洋刊物和土刊物的版权都应该受到保护和尊重。大刊物和洋刊物决不能因为自己的影响因子优势而否决小刊物和土刊物的首发版权，否则，这将使抄袭和垄断成为合法之举。否认小刊物创新文章的学术水平，只能说明相关学术评价机构缺乏专业水准，他们只认得论文的出身证书，不会鉴别论文的科学性。按图索骥已经成为国际化的流行趋势，科研管理机构和刊物编辑评价机构的行政霸权已经开始压制科学的创新，蚕食科学家的灵魂，用科学常识垄断科学界。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-824342.html

刊物本来是科学论文的载体，它是为科学的传播服务的。现在，科学的奴仆变身为主人，人们不是追求科学论文中的科学精神，而是祈求著名科学刊物的权威和灵光。即使是一篇平庸的文章，一旦被著名刊物录用，立刻就身价百倍，奖金和项目就会滚滚而来。著名刊物成为文章价值的评价尺度，按照这种尺度，哥白尼的日心说、孟德尔的遗传学定律和魏格纳的大陆漂移说就会永远被人遗忘，它们在长达数十年的岁月中默默无闻，而著名刊物仍在高谈阔论科学精神。

科学创新首先从少数先知先觉者中开始，不可能立刻就得到多数人的承认。少数服从多数的原则不适于科学，甚至会扼杀科学。祈求用一种简单的计算模式来来挖掘科学的创新精神，无异于“按图索骥”。

英雄识英雄，伯乐识千里马。科学的进步，社会的发展，归根结底取决于科学界有一种慧眼识英雄的机制，有一种自由争论的公平环境：小人物可以挑战大人物，小刊物可以挑战大刊物。如果文章也讲出身，如果大刊物可以封杀一切，科学的公平何在？

屠呦呦是“三无”人员——没有博士学位，没有出国经历，不是院士。2015年度诺贝尔生理学或医学奖颁给了屠呦呦，引起社会对国内科研评价体系的广泛讨论。屠呦呦获奖折射出我国现行科研评价体系的哪些不足？我们该如何建立起适合中国现状的科研评价体系？青年学者应如何定位自己的研究？

不跟风流行观点，不惧怕权威压制，在小刊物上确定版权，在大刊物上提出挑战，这就是历代小人物的成功之路。

如果小人物的创新从大刊物上与权威争夺版权开始，你的优势就变成了劣势，成功率几乎为零，大多数结果是明珠投暗，为他人作嫁衣裳。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-931792.html

发表在中国科技期刊上的论文有用吗？

参考文献

1.       Lee Kump. Mineral clues to pastvolcanism. Science. 2016, 352( 6284): 411-412.

2.       N. Ryan McKenzie, Brian K. Horton,Shannon E. Loomis, et al . Continental arc volcanism as the principal driver oficehouse-greenhouse variability. Science, 2016, 352( 6284): 444-447.

3.       Rosanne D'A,Rob W, Alexander T. The impact of volcanic forcing on tropical temperaturesduring the past four centuries. Nature Geoscience, 2009, 2: 51-56.

4.       Michael C.Two major volcanic cooling episodes derived from global marine air temperature,AD1807~1827. Geophysical Research Letters, 2001, 28(15): 2963~2966.

5.       Randel W J,Wu F, Russell I J, et, al. Ozone and temperature changes in the stratospherefollowing the eruption of Mount Pinatubo.Joural of Geophysical Research, 2000, 38(2):191~219.

6.       Miller, G. H., Geirsdóttir á, Zhong Y F, et al. Abrupt onset ofthe Little Ice Age triggered by volcanism and sustained by sea-ice/oceanfeedbacks, Geophys. Res. Lett., 2012, 39:2708~2712.

7.       杨君, 刘立波, 陈一定, 乐会军. 赤道地区电离层foF2在第23/24太阳活动周极低年期间创造了极低纪录?.  地球物理学报, 2012,(9): 2826-2834,doi:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.09.002  YANGJun, LIU Li-Bo, CHEN Yi-Ding, LE Hui-Jun.Does the equatorial ionospheric peakelectron density really record the lowest during the recent deep solarminimum?. Chinese J.Geophys. (in Chinese),2012,(9): 2826-2834,doi:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.09.002  

8.       马宗晋, 杜品仁.现今地壳运动问题. 北京:地质出版社,1995. 10, 99-102.Ma Z J, Du P R. The problems on recent crustal movement(in Chinese). Beijing:Geological Publishing House, 1995. 101.

9.       任振球. 全球变化.北京: 科学出版社,1990. 25, 26, 60-88.

Ren Z Q. Global Change. Beijing: ScientificPublishing House (in Chinese), 1990, 25, 26, 60-88.

10.   李明启，靳鹤龄，张洪。小冰期气候的研究进展。中国沙漠。2005, 25(5) ：731-737. LI Ming-qi, JIN He-ling, ZHANG Hong.Advances of Climate Research in the Little Ice Age. Journal of Desert Research. 2005, 25(5)：731-737.

11.   Boris K, Vladimir K, The sunspotactivity in the last two millennia on the basis of indirect and instrumentalindexes: Time Series Models and their extrapolations for the 21^stCentury. In: A. V. Stepanov, E. E. Benevolenskaya and A. G. Kosovichev, eds.2004 International Astronomical Union, Muti-wavelength Investigations of SolarAcitivity Proceedings IAU Symposium No. 223,2004.113-114.

12.   Beer J, Tobias S and Weiss N. Anactive sun throughout the Maunder Minimum. Solar Phys. 1998, 181(1): 237~249.

13.   Hoyt D and Schatten K. Groupsunspot numbers: a new solar activity reconstruction. Solar Phys. 1998, 181(2):491~512.

14.   Komitov B P and Kaftan V. Solaractivity variations for last millennia. Will the next Long-Period Solar Minimumbe formed? Geom and Aeron. 2003, 43: 553.

15.   张振克，王苏民，吴瑞金。小冰期气候变化的影响因素及其对未来气候的启示。自然杂志。2000，22（3）：173~176.

16.   杨学祥. 对冰期和小冰期气候变化因素的探讨. 自然杂志. 2000, 22（6）：358~362.

17.   杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45(增刊): 33-42.

18.   杨学祥. 对冰期和小冰期气候变化因素的探讨. 自然杂志. 2000, 22（6）：358~362.

19.   Whyte M A. Turning points inPhanerozoic history. Nature, 1977, 267: 679-682

20.   杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。

21.   杨学祥. 地质旋回与天文周期.  东北地震研究.  1996,12(2):25-30.

22.   杨学祥, 刘淑琴, 张中信, 等. 日地关系与地球磁场及有关地质变动的讨论.  地壳形变与地震.  1997, 17(1):95-102.

23.   杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学,  长春：吉林大学出版社,1998：80-81.

24.   杨学祥, 张中信,陈殿友, 等.地核能量的积累与释放. 地壳形变与地震.  1996,16(4): 85-92.    

25.   杨学祥, 陈殿友.地核的动力作用. 地球物理学进展. 1996,11(1):68-74.

26.   杨学祥, 张玺云.热幔柱的启动动力. 世界地质. 1996,15(2):68-74.

27.   杨学祥, 陈震,刘淑琴, 等.地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应. 地学前缘. 1997,  4(1):187-193.

28.   杨学祥, 陈殿友,宋秀环, 王成金.地球内核快速旋转的发现及其动力学意义. 地壳形变与地震. 1998, 18(1):57-63.

29.   杨学祥, 陈殿友.地球固体内核快速自转的理论证明和实测证实. 西北地震学报. 1996,18(4):82.

30.   杨学祥, 陈殿友.热幔柱构造与地核热能. 地壳形变与地震. 1996,16(1):27-36.

31.   Claude J A, Stephen H S. Theevolution of the earth. ScientificAmerican, 1994, 271(4): 44-51.

32.   杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

相关报道

从亿万年尺度看地球气候变迁火山活动多寡造成地球冷热变化

2016年04月23日 10:08:31  来源：科技日报

　　据美国得克萨斯大学奥斯汀分校网站21日报道，由该校科学家带领的一个科研团队在最新一期《科学》杂志上发表的一项新研究提出，与大陆板块构造运动相关的火山活动可能是过去几亿年来地球气候冷热变化的原因，并解释了为何会有这种周期性波动。

　　该研究探索了地球基准气候的长期变化。首席研究员莱恩·麦肯齐说，他们发现在过去的7.2亿年中，当沿着大陆弧的火山活动更活跃时，气候更温暖，可称为温室期；反过来当大陆弧火山活动较少时，气候更寒冷，可称为冰室期。

　　大陆火山弧系处在活跃的大陆边缘，是两个构造板块会合时造成的，如安第斯山脉，海洋板块冲入大陆板块下面形成潜没区，此时岩浆会与地壳中的碳混合，当这里火山爆发时，会把二氧化碳释放到大气中。

　　“大陆弧系可以通过地壳被探测到，它们容易和地表以下的含碳岩石相互作用。”麦肯齐说，人们早就知道，大气中二氧化碳含量影响地球气候，但什么原因导致了二氧化碳的变化还不清楚。新研究指出，地质活动释放到大气中的二氧化碳数量是地球气候的主要驱动力。

　　研究人员用了近200篇已发表研究中的数据和自己的调查数据，建立了一个数据库，构建了过去7.2亿年间大陆边缘火山的历史。通过研究火山弧附近的沉积盆地，观察历史上不同大陆的锆石产量的变化如何反映冰室和温室的过渡。他们发现，产生锆石多的时期是温室期，随着锆石产量减少，就转入了冰室期。

论文合著者、杰克森学院地质科学系教授布莱恩·霍顿说，他们研究的不同之处在于调查了极漫长的地质记录，这期间发生过多次温室—冰室事件。较冷的冰室期往往和形成超级大陆有关，此时大陆火山活动减少；较温暖的温室期与大陆破碎有关，此时大陆火山活动增强。（记者常丽君）

中国网络新闻：

http://news.xinhuanet.com/tech/2016-04/23/c_128923790.htm

http://cqkp.cqnews.net/html/2016-04/26/content_36767829.htm

http://tech.163.com/16/0423/11/BLB676JL00094O5H.html

http://news.youth.cn/kj/201604/t20160423_7902142.htm

http://tech.gmw.cn/newspaper/2016-04/23/content_111965870.htm

http://tech.hexun.com/2016-04-23/183480668.html

http://tech.qianlong.com/2016/0423/559752.shtml

http://news.eastday.com/eastday/13news/auto/news/china/20160423/u7ai5566249.html

http://mt.sohu.com/20160423/n445724346.shtml

http://news.haiwainet.cn/n/2016/0423/c3541839-29857578.html

http://roll.sohu.com/20160425/n445988670.shtml

国外期刊：

Lee Kump. Mineralclues to past volcanism. Science. 2016, 352 ( 6284): 411-412.

N. RyanMcKenzie, Brian K. Horton, Shannon E. Loomis, et al . Continental arc volcanismas the principal driver of icehouse-greenhouse variability. Science, 2016, 352 (6284): 444-447.