南極冰川下發(fā)現(xiàn)溫帶雨林遺跡

勞拉·杰格爾

2020年4月發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)新研究指出，南極冰川下有溫帶雨林的遺跡。2017年，德國(guó)阿爾弗雷德韋格納研究所亥姆霍茲極地和海洋研究中心的約翰·克拉奇團(tuán)隊(duì)，利用遙控機(jī)器人鉆機(jī)，從南極洲西部派恩島冰川附近的海床上，鉆取了一個(gè)來(lái)自海平面27米以下、長(zhǎng)約3米的沉積巖心。當(dāng)看到沉積巖心柱時(shí)，地質(zhì)學(xué)家約翰·克拉奇發(fā)現(xiàn)底部巖層完全是另一種顏色，與上部巖層明顯不同。

回到實(shí)驗(yàn)室，約翰·克拉奇團(tuán)隊(duì)對(duì)該巖心柱底部3米的沉積物進(jìn)行了多指標(biāo)分析，并重建了該沉積序列年代的古環(huán)境氣候。

基于生物地層學(xué)和古地磁學(xué)，該巖心柱底部3米應(yīng)處于白堊紀(jì)中期（約9200萬(wàn)～8300萬(wàn)年前），那時(shí)恐龍?jiān)诘厍蛏嫌问帲瑹釒У貐^(qū)的海洋表面溫度達(dá)到35攝氏度，全球海平面比現(xiàn)在高170米。白堊紀(jì)（1.45億～6500萬(wàn)年前）是地球歷史上最熱的時(shí)期，中小規(guī)模的冰原只存在過(guò)10次左右，白堊紀(jì)氣候是地質(zhì)歷史上最典型的溫室氣候。

從巖性上看，3米厚的巖心柱由兩部分組成：下部具有清晰層理結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)泥巖和上部約5厘米厚的褐煤層。CT掃描巖心柱的數(shù)字圖像揭示出沉積物中保存了非常密集且完好的根系網(wǎng)絡(luò)，還在泥土中發(fā)現(xiàn)古老的花粉、孢子和開(kāi)花植物遺跡。從顯微鏡下可以清楚辨認(rèn)出單個(gè)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。孢粉分析結(jié)果顯示，巖心柱的植被類型以羅漢松科和南陽(yáng)杉科的針葉林為主，同時(shí)還含有大量豐富的蕨類植物和藍(lán)藻生物。英國(guó)諾森比亞大學(xué)的古生態(tài)學(xué)家烏爾里希·薩爾茲曼稱：“大量的植物遺骸表明，南極洲西部海岸在當(dāng)時(shí)是一片濃密的以針葉林為主的復(fù)雜溫帶雨林，與今天在新西蘭皮特島發(fā)現(xiàn)的雨林相似。”

約翰·克拉奇團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析孢粉組合的特征和生物標(biāo)志化合物，估算出在白堊紀(jì)中期，南極洲西部氣候溫和，年平均氣溫為12攝氏度，夏季溫度高達(dá)20攝氏度，年平均降雨量接近1120毫米。該氣候大致與今天的英國(guó)一致。

白堊紀(jì)時(shí)期，南極洲西部的古緯度為南緯82°，在一年有四個(gè)月極夜的高緯度地區(qū)，能保持這樣溫和的氣候，茂密的植被覆蓋是一大重要因素。密集茂盛的表層植被的行星反照率低，意味著它能有效吸收更多地面長(zhǎng)波輻射，為地表留住較多熱量；而冰層反射率高，降溫冷卻作用強(qiáng)。研究人員也據(jù)此推斷出在白堊紀(jì)中期，南極大陸幾乎沒(méi)有冰層覆蓋的可能性。

為了進(jìn)一步研究白堊紀(jì)南極大陸“溫室”氣候背后的驅(qū)動(dòng)因子，約翰·克拉奇團(tuán)隊(duì)建立全球古氣候模型，并展開(kāi)二氧化碳?xì)夂蛎舾行栽囼?yàn)。模擬結(jié)果顯示，僅當(dāng)二氧化碳濃度達(dá)1120ppmv（百萬(wàn)分之一）以上時(shí)，模型模擬出的南極夏季地表溫度才與重建結(jié)果相吻合。盡管如此，模擬的年平均氣溫仍遠(yuǎn)低于重建結(jié)果。阿爾弗雷德韋格納研究所的氣候模型專家格瑞特·羅曼說(shuō)：“在此之前，一般學(xué)界的假設(shè)是白堊紀(jì)的全球二氧化碳濃度大約是1000ppmv（百萬(wàn)分之一）；但在基于南極氣候模型的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)大氣中的二氧化碳濃度要處于1120到1680 ppmv（百萬(wàn)分之一）之間，氣溫才能達(dá)到當(dāng)時(shí)南極的平均溫度。”這表明，大氣中二氧化碳濃度的急劇上升，是導(dǎo)致白堊紀(jì)中期南極大陸氣溫升高的另一大必要前提。而白堊紀(jì)火山噴發(fā)的總體效應(yīng)使得大氣中二氧化碳濃度很高。當(dāng)時(shí)火山噴發(fā)規(guī)模是現(xiàn)代的十倍，在海底擴(kuò)張、玄武巖體積增長(zhǎng)過(guò)程中，伴有大量二氧化碳從地球內(nèi)部向大氣噴發(fā)。不僅如此，根據(jù)化石研究，白堊紀(jì)中期出現(xiàn)有花植物，有花植物的光合作用是現(xiàn)代的五倍。因此二氧化碳是白堊紀(jì)主要的強(qiáng)效溫室氣體。

南極巖心柱的鉆取和分析，不僅發(fā)現(xiàn)白堊紀(jì)時(shí)期的南極曾是一片欣欣向榮的溫帶雨林；更是填補(bǔ)了南極大陸古氣候和古環(huán)境記錄的空白，為古氣候模型的建立，進(jìn)一步探究白堊紀(jì)溫室氣候的驅(qū)動(dòng)因子提供了關(guān)鍵資料。