良渚文化末期的气候变暖和海岸带水涝灾害发展过程

上世纪90年代初，我们刚上大学的时候，就常常听教授们讲，全球气候正在变暖。过去这几十年，科学家们一直在喊“狼来了”。

IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）去年的报告甚至为人类生存拉出了红色警报。

尤其是，全球有大约10亿人口居住在海岸带低地。而过去的地质记录告诉我们，随着气候变暖、海平面上升，海岸带会面临被海浪侵蚀、被海水淹没的风险。

但大家似乎又觉得，“至少我这辈子应该不会怎么样吧”。之所以产生这样的一种想法，是因为海平面变化是一种非常大尺度的过程。

根据IPCC在2021年第六次评估报告中给出的预测，在SSP-8.5情景下，21世纪海平面的上升速率可能达到12.6 mm/yr。如果只看这个数字，并把尺度降到我们的个人时间，海平面上升似乎变成了微乎其微的事件。

但是，全球海平面的年平均上升速率，是一个非常理论化的数字！把这个理论化的数字具体到某一个地方、某一个人群，将意味着会发生哪些自然灾害？只有回答这个问题，我们才能知道“全球变暖、海平面上升”与我们的切实联系。

（一）良渚文化末期的海岸带水涝灾害发生过程

中国东部海岸带有长达数千年的新石器文化，期间曾经历多次气候和海平面波动。如果我们可以揭示这段历史中气候、海平面变化对人类社会影响的具体过程，必将十分有助于应对当前的气候形势。

长江下游地区的良渚文化，是这些新石器文化中的一颗璀璨明珠。良渚，已经被证明是东亚最早的史前国家。在浙江省杭州市北部的瓶窑镇，有一座大约5000年前的良渚人修建的古城，在邻近的众多山谷的出口，良渚人还修建了水坝，形成一个大型水利系统。

深蓝色为高坝系统形成的库区，浅蓝色为低坝系统形成的库区

然而，良渚的精英们在大约4400年前放弃了他们的王城，远走他乡，良渚古国随之崩溃。是什么原因导致良渚人突然放弃王城？

我们曾经在前期研究中提出，大约4500年前、良渚文化的末期，发生了一次相对海平面加速上升事件。根据我们的估算，当时杭州湾东南沿岸的相对海平面上升速率，大约为7.9±4.3 mm/yr，与我们当前形势非常相似。我们还提出，海平面上升及伴随的极端风暴事件增多，是触发良渚崩溃的重要环境因素。

接着，我们用数值计算技术，证明了导致鱼山遗址被废弃的台风事件，发生在海平面上升的大背景中，并且进一步模拟了该超强台风的可能情景。

然而，在完成这些工作后，我们得到的仍然只是一个模糊的画面。

因为鱼山遗址良渚文化时期堆积的地层，顶部被台风风暴浪严重侵蚀，导致我们无法重现从海平面开始上升、到这个遗址最终被海水淹没的完整过程。

宁绍平原上的良渚遗址，大多存在和鱼山遗址相似、即地层不连续的现象，因此我们把目光转向位于湾顶的良渚古城区域。

我们在古城东南部、内城墙和外城墙之间，获得了一个钻孔。良渚古城位于被天目山半包围的C型盆地，再加上城墙的保护作用，我们推测，良渚文化末期的超强台风不会对钻孔所在位置产生侵蚀作用，因此有望获得连续的地层记录。

钻孔的结果没有令人失望，我们获得了一个优质地层剖面。

在钻孔0.7-1.0 m深度，我们观察到有机质含量丰富，还有红烧土和陶片，测年结果显示，这是形成于良渚晚期的文化层。

在这个文化层的上方，覆盖了一层厚度约20 cm的异样沉积。首先，有机质含量非常明显地减少；其次，地层中包含了丰富的细砾和岩屑，这些粗颗粒沉积物和细颗粒的泥混杂在一起，说明是特殊事件的快速堆积。我们因此对这个钻孔的沉积物开展了细致的分析。

总有机碳（TOC）测量显示，在良渚晚期文化层，TOC含量自下向上明显增加，并且在顶部达到峰值。在氧化的环境，有机质很容易快速降解、难以保存。因此良渚文化层TOC的增加，反映了钻孔所在位置从氧化环境向还原环境的转变，这种转变，应该是当地的水位上升所致。

碱土金属元素分析进一步显示，文化层顶部伴随TOC含量的快速上升，同时出现了Sr元素的逐渐增多（图中高亮的地方）。Sr元素主要富集于海洋环境，它的增加暗示了海水的入侵。由于此时Sr的含量仍明显低于海洋沉积物，因此我们推测这主要是咸潮入侵的结果。说明由于海平面的持续上升，杭州湾沿岸的咸潮入侵界面在向内陆地区推进。

文化层上覆的事件层，Sr含量继续上升但波动剧烈。与此同时，另一个碱土金属元素Ba的含量也增加并且在事件层的上部出现峰值。Ba元素主要富集于淡水环境，河流携带的沉积物富含Ba元素。因此，我们认为是台风事件形成了这一沉积：

一方面，台风造成的风暴潮增水（即潮水位显著上升）和海水倒灌，使来自海域的泥沙到达良渚古城从而使Sr含量增加；另一方面，台风强降水很可能造成天目山的山洪，洪水带来的泥沙也到达钻孔所在位置，由此造成Ba含量的增加。

因此，由于海平面的加速上升，良渚古城所在的位置，变成了容易被海水倒灌和洪水淹没的地方，良渚人不得不放弃他们的城池。

上述三个阶段，即从水位上升、到咸潮入侵和台风淹没，发生在距今4.6-4.3千年前、大约200余年时间内，甚至很可能发生在距今4480-4380年前的百年时间内！也就是说，一个人的一生有可能经历这三个阶段（或许我们目前正在经历第二阶段！）。因此，水位上升和咸潮入侵可以作为海岸带洪涝风险的重要预警信号。

（二）良渚文化末期海平面上升的原因

良渚古城的地层记录，不仅再次证实了我们对于良渚末期海平面上升事件的猜想，而且给我们重现了海平面上升大背景下、海岸带水涝灾害的发展过程。但我们还有疑问：是什么驱动杭州湾沿岸良渚文化末期相对海平面的上升？这是一次局地性的、还是全球性的事件？

有一种猜想是，随着杭州湾两岸古地形、古岸线的演化，杭州湾的潮差可能发生变化，因此，良渚文化末期的海水入侵，是否由潮差增大、高潮位上升所致？为了回答这个问题，我们恢复了杭州湾两岸的古地形演变过程，并且模拟当时地形条件下的杭州湾天文潮情况。我们的模拟结果显示，从7600年前到4500年前，古宁波湾的平均大潮高潮位基本不变、甚至略有下降。因此，这一次相对海平面上升事件，必定不仅仅局限于杭州湾沿岸地区。

于是我们继续寻找世界其他地区同时期的地质记录。我们发现，格陵兰岛的最早定居者出现于距今4500年前！说明那个时候比较温暖的气候使格陵兰岛的部分冰盖融化、并形成适合人类定居的水土资源。

我们还发现，全新世东南极冰盖接地线（基岩、冰层与海水三者相接之处）的最后一次后退发生在大约4300年前（Prothro et al., 2020）。冰盖接地线的后退，意味着发生了重要的冰盖融化事件。

上述南北极证据，很好地证明了良渚文化末期的海平面上升是一次全球性的事件！当时全球气候变暖、极地冰盖加速融化，从而导致全球的海平面上升。另外，气候变暖也使影响/登陆杭州湾沿岸的台风事件增多、增强。良渚的崩溃，就是发生于这样的一个大环境。

因此，如果将我们当前的气候形势与良渚末期比较，我们会发现，我们正处于和良渚末期非常相似的气候变暖情景。良渚文化末期7.9±4.3 mm/yr的相对海平面上升速率，在百年时间尺度内就导致杭州湾沿岸频繁的水涝灾害。那么，我们很快也将面临相似的情形：即更加频繁或更加强的台风、更加高的风暴潮潮水位、更容易发生的暴雨积水，我们是否已经做好准备？