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重點提要
■熱帶雨帶位在赤道北邊，環繞全球，一旦氣溫改變，就會隨著改變位置，並改變全世界的降雨型態。
■科學家從太平洋島嶼上的湖泊採集沉積物，發現雨帶目前位於北緯3~10度，這是1200年來最偏北的位置。
■以目前的暖化速率來看，雨帶在公元2100年前甚至可能再北移5度，厄瓜多、哥倫比亞等地的農田將陷入乾旱，影響數百萬人。
■美國西南部會變得越來越像墨西哥北部的半乾燥氣候，長期旱象有可能持續下去。
凌晨2點，漁船的引擎突然斷斷續續，然後停了下來，這是本次探勘即將脫序演出的第一個徵兆。沒有什麼比一片死寂更讓人不安了。搭乘小型漁船從北太平洋馬紹爾群島出發、穿越大洋，突然間成了不智的決定。這趟科學探索之旅，到頭來卻把我們拋進另一個未知的世界，海浪不時輕拍船緣，只讓黑夜顯得更漫長。
我們是氣候學家，這趟探索之旅（最後平安結束）目的是幫助我們進行一件乍看之下不太可能實現的事：重建海面上的歷史降雨量。如果能重建歷史降雨量，就能更了解溫室氣體增加、氣溫升高、熱帶地區降雨等事件，會不會、又如何改變氣候型態，因此我們探索了太平洋上的許多島嶼。
太平洋的聖嬰、反聖嬰循環這種當代的氣候型態眾所周知，但地球的主要降雨型態一樣重要，卻不是每個人都聽過。這條帶來豐沛雨量的降雨帶位在赤道，環繞全球，隨著陽光照射地球的角度，按季節向南或向北移動，雨帶移動的範圍叫做間熱帶幅合帶（Intertropical Convergence Zone, ITCZ）。
只要地球的溫度改變了（無論原因是入射的太陽輻射量或是溫室氣體濃度有改變），就會影響ITCZ。這道雨帶帶來降水，滋養赤道地區的農業，它對亞洲、非洲、印度季風來說都很重要，對把熱由赤道傳送到極區的大型對流胞也很重要。ITCZ位置的變化，可能影響聖嬰和反聖嬰現象的頻率和強度、太平洋和大西洋颱風季的長短和威力。如果因為ITCZ位置持續移動而改變了降水，就會嚴重干擾赤道地區的環境，影響將遍及全世界，而我們很有理由相信雨帶正在移動。
科學家本來並不確定雨帶的中線是不是一直落在歷史範圍裡，以太平洋來說，雨帶中線的年平均位置目前在北緯3~10度，但在ITCZ範圍內實地測量後，我們已能估計雨帶在過去1200年來是怎麼移動的。從400年前到現在，雨帶向北移動了5度（約550公里），這個發現很驚人，因為只要溫室效應增強一點點，熱帶地區的降雨就會徹底改變。目前我們可以預測，如果大氣繼續暖化，ITCZ在2100年之前會移到哪裡，並預測全世界赤道地區的降雨量增減、對亞洲、中美、美國南緣等緯度較高的地區有什麼效應，以及對當地天氣、糧食生產的影響。有些地方可能會受益，但有更多地方恐怕將面臨乾旱。
尋找遺失的氣候記錄
在我們開始推算降雨歷史變化之後，科學家才有資料能推估ITCZ近千年來的位置。雨帶一向在赤道附近，但可能寬達數十、數百公里，視當地狀況、陽光的季節變化而定。因為太平洋上的雨帶很顯著，所以很適合在這裡追蹤雨帶的移動。也因為雨帶環繞整個地球，讓我們有辦法從太平洋的趨勢指出全球的改變趨勢。
科學家利用樹木年輪裡的碳14、冰心裡的鈹10來推估陽光強度，此外，利用極地冰心保存的氣泡，也能重建全球溫室氣體的歷史變化。只要比較太陽輻射量、溫室氣體濃度、過去數百年來ITCZ的位置，我們就有辦法推測，熱帶地區的降雨在21世紀會如何隨溫室氣體排放量的增加而改變。
研究人員已利用各種全球溫度指標，估算出近千年來的氣溫，特別的是，公元800年和1800年代後期，這兩個時期的全球平均溫度很類似。到了中世紀暖期（800~1200年），溫度開始升高到接近20世紀時的溫度，到了小冰期（1400~1850年）才開始回穩，並慢慢下降。最近20年來，太陽輻射量保持恆定，但氣溫和二氧化碳濃度（在人為排放的溫室氣體中總量最多）卻是近1200年來最高的。
不過，我們著手進行研究時，大氣科學家對過去的熱帶氣候特性所知甚少。海底沉積物可以提供完美的氣候記錄，但沉積物的累積速度很慢，時間尺度在數千年以上，無法提供千年以內的資訊。很多種類的珊瑚有年輪，不過很少有珊瑚能活過300歲，無法留下過去1000~300年的記錄。
重建歷史降雨量，可以彌補這段遺失的氣候記錄，推估ITCZ近千年來的位置。雨下到海裡以後就無影無蹤了，但太平洋上有很多小島，島內封閉的湖泊和水池可以發掘歷史。過去六年以來，我們鑽探湖泊底部的沉積物，在一些最偏遠、奇特的島嶼水域收集了數十筆資料，這些島嶼有的位在目前的ITCZ緯度範圍內，有的在範圍南方，有的在北方，涵蓋整個太平洋。只要把各緯度在同一段時間裡、經歷大量降雨的島嶼位置蒐集起來，就能定出雨帶的範圍，如果降雨同時增減，或同時向北、向南，就表示雨帶移動了。
野外工作是一場冒險，我們常面對許多阻礙、器材問題和語言隔閡，鑽探地點的交通也很不方便，例如我們抵達馬紹爾群島的首都馬久羅時，當地的馬紹爾航空（當地人暱稱為「差不多航空」）總共只有兩架飛機，而且都壞了。我們搭乘當地商人改裝過的漁船到附近的環礁採樣，就像本文開頭提到的一樣，引擎在回程那天晚上壞了，這趟兩天一夜的行程，只證實了這艘船果然就像看起來一樣禁不起風浪襲擊。
我們把長管打進湖底，鑽出沒有被攪動過的沉積物岩心。我們鑽探過的每個地點幾乎都有各自不同的沉積序列，有時是像在華盛頓島的湖裡那種由藍綠菌形成、厚達數公尺的亮紅色膠狀物；有時則是一層富含硫化氫（很臭！）的褐色爛泥，含有紅樹林的殘葉，偶爾還有雙殼貝類，就像在帛琉取到的一樣。
我們一邊徒步涉過爛泥，把船划進淺水，一邊把長探竿打進沉積物來測試深度，並看有沒有硬物阻礙。鑽探時碰到岩石、古珊瑚、沙層、植物根部而被迫中斷，這種情況相當常見。
沉積物累積的速率變化很大，所以我們也不知道該鑽多深。一般來說，一公尺的沉積物最少可以追溯數百年的氣候。例如在華盛頓島，九公尺的沉積物大約涵蓋3200年的時間。我們盡可能鑽到岩床，岩床是沉積物岩心的最底部，可能是一層沉積的砂石、珊瑚或火山岩，記錄湖泊最初開始累積沉積物的時間，這樣一來，我們可以取得最完整的氣候歷史記錄。
【完整內容請見《科學人》2011年第1110期4月號】
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