这一切都始于一封电子邮件。三年前，伦敦大学学院的克罗尼斯·泽达基斯教授刚刚向一名地质学本科生班级解释了冰河的基本周期；地球经历冰期然后变暖，冰川融化的时期。有时，这些时期之间的间隔差异很大。
“我在给一年级本科生的讲座中，试图非常非常广泛地谈论它，”泽达基斯说。“然后一个学生给我发了封电子邮件，说‘好吧，你能解释一下为什么吗？’”
泽达基斯开始写一封长邮件回复，阐述基本原理，但在打字过程中意识到，他并没有一个简单而令人满意的解释给他那名学生。
在接下来的两年半里，最初只是发给学生的电子邮件，逐渐演变成对现有文献的梳理，最终在本周，他与全球三位合作者在《自然》杂志上发表了一篇论文。在其中，泽达基斯和他的同事们回答了他学生的问题。他们说，间冰期可以通过两个因素来预测：北半球夏季接收到的阳光量以及之前冰期的持续时间。
间冰期是冰河时期中的一段温暖期，通常持续数千年。我们目前就技术上处于一个间冰期，它始于大约11700年前。
弄清楚是什么触发了冰期（冰川生长）与间冰期（冰川消退）之间的转变，可以让我们更深入地了解地球气候如何运作，特别是与太阳的关系。
时机就是一切
地球的轨道在绕太阳运行时会以独特且可预测的方式变化。随着时间的推移，它的轨道可能变得更椭圆，或者它的轴倾角可能更大或更小地朝向或远离太阳，并且在所有这些变化中，地球的轴会缓慢地摆动。所有这些变化都发生在数万年的时间尺度上，但它们会改变地球在北半球或南半球接收到的阳光量，而这些太阳热量分布的变化与冰期的兴衰密切相关。
但是，虽然地球的轨道以可预测的方式变化，但地质记录表明，冰期并不总是如此。在260万到100万年前，冰期遵循一个简单的模式，大约每41000年循环一次——这大致与地球轴倾角朝向和远离太阳的时间相同。
然后，在大约100万年前，冰期变得更长，周期持续约100000年。进来的太阳辐射并没有改变，但其他东西改变了。
泽达基斯通过将冰期的持续时间作为一个变量来解释这种变化。虽然他的论文和公式没有深入探讨冰期持续时间为何会改变，但他指出，较大的冰盖比较小的冰盖更不稳定。
“冰期越长，冰盖就越不稳定，”泽达基斯说。这可能是由于许多原因。冰可能在较大的形态下在结构上不稳定。它可能延伸到更南的纬度，在那里它可以吸收更多的阳光，或者积累更多的热量吸收尘埃。或者它可能将地表压下如此之多，以至于达到更高的海拔，在那里更容易融化。无论原因是什么，泽达基斯说，较大的冰盖会减少导致冰消退所需的阳光量——这几乎就像一个折扣。
但正如经常发生的那样，需要更多的研究。
“这提供了一个简单的规则，但它并没有详细说明气候系统发生了什么，”哈佛大学气候科学家彼得·休伯斯说，他没有参与这项研究。“这是一个更好的理解导致冰消退的原因以及为什么这些冰消退会发生变化的一个起点。”
而不幸的是，了解过去冰川的行为并不能帮助我们预测未来的气候变化。
“我认为当前的气候变化意味着整个系统已经被打乱了，”泽达基斯说。“我们将在很长一段时间内都不会有冰期了。”
休伯斯还指出，我们今天看到的这些变化，其发生的时间尺度与之前观察到的变化截然不同，而且不同的气候机制很难相互比较。
“我们谈论的是截然不同的时间尺度。从最后一次冰消退中，二氧化碳水平在10000年里从180 ppm变成了280 ppm，变化了100 ppm，”休伯斯说。“我们在100年里从280 ppm变成了400 ppm。”
深入了解过去
由于涉及的变量数量庞大，拼凑出地球过去的气候行为极其困难，但拼凑出地球轨道运动和变化也并非易事。我们知道行星今天是如何相对于太阳和其他行星运行的，但要回到数百万或数十亿年前，要弄清楚哪些轨道变化可能影响了地球的气候，就会变得很棘手。
但是，查看古代粘土、泥土和沙子的沉积物，可以帮助研究人员拼凑出地球神秘的过去。
在《自然》杂志同期的另一篇论文中，研究人员发现了可追溯到数百万年前——白垩纪——的沉积物层，显示出可能由我们行星轨道模式变化的证据，这些模式与我们今天观察到的不同。
这支持了一个古老的观点，即行星的轨道远非时钟般精确和数百万年不变，而是会发生轻微变化，这种情况被行星地质学家称为“混沌”。这并不意味着行星像碰碰车一样在太阳系中随意游荡。这里的混沌仅仅意味着太阳系所有无数条件下的微小变化可能导致轨道随时间变化，而如果没有行星质量和运动的精确细节，研究人员很难对其进行建模。
该论文支持行星的混沌理论，论文的作者之一斯蒂芬·迈尔斯说：“但它也表明，地质记录包含了衡量这种混沌并对其进行校正的关键信息。”
这两项研究关注的是非常不同的时间尺度；数千年与数百万年。但两者都表明，地球的日常气候与我们太阳系内行星的运动是多么紧密相连。
“对我来说，最有趣的是地质学和天文学之间的相互联系。抬头看星空，低头看岩石，这两个领域在相互启发，”迈尔斯说。
