環(huán)境

動物崛起的延遲之謎

動物的起源是地球生命進(jìn)化歷史中的一件大事，與植物能進(jìn)行光合作用不同，動物需要從外界攝取食物、呼吸氧氣而生存。在地球的演化史中，在約24億年前地球因“大氧化事件“而積累了大量氧氣，但直到約6億年前動物才在地球上崛起，是什么制約了動物的迅速興起呢？在氧濃度較高的情況下，地球巖石中的部分鉻同位素易被氧化并溶于水，流進(jìn)海洋，造成巖石中的這部分鉻同位素含量降低。因此研究不同歷史時期的巖石鉻同位素水平可反映相關(guān)年代的大氣氧濃度。近期，研究者分析了采集自中國、美國、加拿大和澳大利亞，年代從30億年前到現(xiàn)在的淺海沉積富鐵沉積物和頁巖，分析不同時期大氣中的氧濃度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從“大氧化事件“到“生命大爆發(fā)“期間，大氣氧濃度一直維持在不到現(xiàn)代數(shù)值的0.1%的水平，不足以支持動物出現(xiàn)。過去科學(xué)界通常認(rèn)為，地球大氣氧濃度演化分為4個階段：第一階段是從約46億年前地球形成到24億年前，大氣主要為無氧狀態(tài)；第二階段是24億年前開始的“大氧化事件“時期，可能持續(xù)了2至3億年，大氣氧濃度激增至現(xiàn)代數(shù)值的1%；第三階段是“大氧化“停歇到“生命大爆發(fā)“期間（約21億年前到6億年前），大氣氧濃度維持在現(xiàn)代數(shù)值1%的狀態(tài)；第四階段是指“生命大爆發(fā)“至今，大氣氧濃度上升至現(xiàn)代數(shù)值并維持至今。但實際上，在約24億年前到6億年前的這段時間里，大氣氧濃度一直維持在極低的水平上，出現(xiàn)了所謂“沉悶的十幾億年“。（Science 2014，346：635-638）

過去50年天山平均降雪率下降

全球變化對環(huán)境的影響日益增加，近期，研究者基于天山地區(qū)52個氣象站點的氣溫、降雪、降水以及海拔高程等資料，首先梳理了天山地區(qū)近50年來氣候、降雪、降水及降雪率的變化趨勢，然后分析了降雪率同氣候、降雪、降水及海拔高程等因子的關(guān)系。結(jié)果表明，過去50年來，天山地區(qū)平均降雪率呈微弱下降趨勢，但平均氣溫、降雪和降水表現(xiàn)出顯著上升趨勢。從海拔高程來看，降雪率在1500～2500米的中海拔地區(qū)表現(xiàn)出顯著的下降趨勢；當(dāng)海拔小于1500米時，降雪率變化趨勢存在不確定性；海拔大于3500米時，由于該海拔地帶的氣溫遠(yuǎn)低于零攝氏度，因此降雪率變化幅度微弱。降雪率下降的主要原因是相對降雪率小于相對降水率，氣溫增加在一定程度上也導(dǎo)致了降雪率的下降。（Internationa1 Journa1 of C1imato1ogy 2015，35：1379-1393）

塔克拉瑪干沙漠形成于2500萬年前

塔克拉瑪干沙漠是我國第一大沙漠和世界第二大流動沙漠，其覆蓋的塔里木地區(qū)曾是一片被稱作“副特提斯“的淺海。此后地殼運(yùn)動，海陸變遷，塔里木盆地變成了浩瀚的沙漠，成為全球粉塵系統(tǒng)的重要源區(qū)。塔克拉瑪干沙漠的形成，是亞洲新生代地質(zhì)演化歷史中的重要標(biāo)志性事件。在塔克拉瑪干沙漠南部的山前盆地中發(fā)育有達(dá)數(shù)千米甚至上萬米的新生代沉積序列，沉積下部為含海洋貝殼的灰?guī)r，這表明在始新世時期，塔里木盆地西南部還被淺海覆蓋。地層上部是一套厚達(dá)2-3千米的“西域礫巖“，這標(biāo)志著西昆侖-帕米爾的隆升進(jìn)入了一個新階段，而其中的風(fēng)成黃土條帶指示了沙漠的形成。研究者還在阿爾塔什和柯克亞剖面的西域礫巖中發(fā)現(xiàn)了一層火山灰/火山泥流沉積。利用放射性同位素測年方法，獲得了火山灰的絕對年代，據(jù)此提出塔克拉瑪干沙漠在晚漸新世至早中新世就已經(jīng)出現(xiàn)，遠(yuǎn)早于過去認(rèn)為的中新世晚期或者上新世早期的觀點。青藏高原-帕米爾高原以及天山的隆升，阻擋了來自海洋的水汽，導(dǎo)致亞洲內(nèi)陸極度干旱化，同時隆升作用所引起的侵蝕增加也為沙漠的形成提供了充足的物質(zhì)來源。干旱的氣候與充足的物質(zhì)來源兩者大約在2500萬年前達(dá)到臨界，共同促成了塔克拉瑪干沙漠的最終形成。（PNAS 2015，112：7662-7667）

氣候變暖將減少全球植物生長時長

全球氣候變暖的原因和后果仍然在爭論中，其對所有植物帶來什么影響更是不得而知。植物通過提供食物、藥物、纖維等來維持人類社會的運(yùn)轉(zhuǎn)，但只有氣候合適的時候它們才能提供這些福利。以往的研究認(rèn)為，全球變暖的一個關(guān)鍵潛在“好處“是，北半球的植物會在更暖和的世界中生存、生長。然而，這種假設(shè)忽略了這樣一個事實，北半球植物仍然會受到太陽輻射的限制，進(jìn)而使氣候變暖和多余二氧化碳帶來的積極影響遭到遏制。此外，氣候變暖程度可能會超過熱帶地區(qū)植物的耐熱程度，伴隨而來的旱災(zāi)威脅也似不可避免。新的研究表明，到2100年，正在發(fā)生的氣候變化會導(dǎo)致的全球變暖、大面積干旱和太陽輻射減少，最終將導(dǎo)致植物生長期縮減。總體看來，在氣候變暖后整個地球的植物生長期會減少11%，到2100年，熱帶地區(qū)適宜的植物生長期更是減少高達(dá)200天。雖然氣候變暖會增加高緯度適宜植物生長天數(shù)達(dá)7%，但這些地區(qū)同樣會受到太陽輻射量減少的影響。（PLoS Bio1 13(6):e1002167.）

早期食草恐龍遠(yuǎn)離熱帶之謎

化石證據(jù)表明，在大約2.3億年前恐龍就已經(jīng)出現(xiàn)在地球上了，在隨后約1.6億年的演化歷史中內(nèi)它們進(jìn)化出各種體型，并占據(jù)了大部分陸地生態(tài)系統(tǒng)。但在恐龍時代的頭3000萬年里，熱帶地區(qū)只有寥寥數(shù)種體型很小的肉食性恐龍存在，大型草食性恐龍很罕見，這種現(xiàn)象在古生物學(xué)上成為一個謎。為了解恐龍時代早期熱帶地區(qū)的環(huán)境，研究者分析了美國新墨西哥州北部一個被稱為“幽靈牧場“的地區(qū)的沉積巖樣本，這些樣本在2.05億年至2.15億年前由河流沉積物沉積而成?！坝撵`牧場“曾出土過多種恐龍化石，2億年前它位于北緯12度附近，與今天印度南端的地理位置大體類似。結(jié)果表明，2億年前的熱帶地區(qū)氣候極不穩(wěn)定，有些年份濕潤，有些年份干燥，兩者之間的交替完全不可預(yù)測，每隔幾十年還有野火發(fā)生，能把氣溫加熱到600攝氏度，那時候大氣中的二氧化碳濃度也很高，是現(xiàn)在的4到6倍。這樣嚴(yán)酷的環(huán)境導(dǎo)致當(dāng)時的熱帶地區(qū)難有茂盛的植被存在，因此由于沒有足夠的食物，大型、溫血草食性恐龍無法在比較接近赤道的地區(qū)生存。（PNAS 2015，112：7909-7913）

疊紀(jì)），單葉的變異度進(jìn)一步擴(kuò)大，復(fù)葉的變異度維持動態(tài)平衡；此過程伴隨著濕地群落在華南的逐漸恢復(fù)和繁盛，大羽羊齒、松柏、銀杏等現(xiàn)代類群的古老祖先在華南出現(xiàn)。（Earth-Science Reviews 2015,148：77-93）