勞拉·杰格爾

2020年4月發(fā)表在《自然》雜志上的一項新研究指出，南極冰川下有溫帶雨林的遺跡。2017年，德國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·克拉奇團隊，利用遙控機器人鉆機，從南極洲西部派恩島冰川附近的海床上，鉆取了一個來自海平面27米以下、長約3米的沉積巖心。當看到沉積巖心柱時，地質學家約翰·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。

回到實驗室，約翰·克拉奇團隊對該巖心柱底部3米的沉積物進行了多指標分析，并重建了該沉積序列年代的古環(huán)境氣候。

基于生物地層學和古地磁學，該巖心柱底部3米應處于白堊紀中期（約9200萬～8300萬年前），那時恐龍在地球上游蕩，熱帶地區(qū)的海洋表面溫度達到35攝氏度，全球海平面比現(xiàn)在高170米。白堊紀（1.45億～6500萬年前）是地球歷史上最熱的時期，中小規(guī)模的冰原只存在過10次左右，白堊紀氣候是地質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構的碳質泥巖和上部約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，還在泥土中發(fā)現(xiàn)古老的花粉、孢子和開花植物遺跡。從顯微鏡下可以清楚辨認出單個的細胞結構。孢粉分析結果顯示，巖心柱的植被類型以羅漢松科和南陽杉科的針葉林為主，同時還含有大量豐富的蕨類植物和藍藻生物。英國諾森比亞大學的古生態(tài)學家烏爾里?！に_爾茲曼稱：“大量的植物遺骸表明，南極洲西部海岸在當時是一片濃密的以針葉林為主的復雜溫帶雨林，與今天在新西蘭皮特島發(fā)現(xiàn)的雨林相似?！?/p>

約翰·克拉奇團隊通過分析孢粉組合的特征和生物標志化合物，估算出在白堊紀中期，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一致。

白堊紀時期，南極洲西部的古緯度為南緯82°，在一年有四個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。研究人員也據(jù)此推斷出在白堊紀中期，南極大陸幾乎沒有冰層覆蓋的可能性。

為了進一步研究白堊紀南極大陸“溫室”氣候背后的驅動因子，約翰·克拉奇團隊建立全球古氣候模型，并展開二氧化碳氣候敏感性試驗。模擬結果顯示，僅當二氧化碳濃度達1120ppmv（百萬分之一）以上時，模型模擬出的南極夏季地表溫度才與重建結果相吻合。盡管如此，模擬的年平均氣溫仍遠低于重建結果。阿爾弗雷德韋格納研究所的氣候模型專家格瑞特·羅曼說：“在此之前，一般學界的假設是白堊紀的全球二氧化碳濃度大約是1000ppmv（百萬分之一）；但在基于南極氣候模型的實驗中，我們發(fā)現(xiàn)大氣中的二氧化碳濃度要處于1120到1680 ppmv（百萬分之一）之間，氣溫才能達到當時南極的平均溫度?！边@表明，大氣中二氧化碳濃度的急劇上升，是導致白堊紀中期南極大陸氣溫升高的另一大必要前提。而白堊紀火山噴發(fā)的總體效應使得大氣中二氧化碳濃度很高。當時火山噴發(fā)規(guī)模是現(xiàn)代的十倍，在海底擴張、玄武巖體積增長過程中，伴有大量二氧化碳從地球內部向大氣噴發(fā)。不僅如此，根據(jù)化石研究，白堊紀中期出現(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主要的強效溫室氣體。

南極巖心柱的鉆取和分析，不僅發(fā)現(xiàn)白堊紀時期的南極曾是一片欣欣向榮的溫帶雨林；更是填補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，進一步探究白堊紀溫室氣候的驅動因子提供了關鍵資料。