溫室地球時期氣候復雜性被揭示

在約1.4億年前的溫室地球時期，海洋表層溫度如何變化？極地冰川是否存在？這些對全球變暖環境下地球未來發展趨勢具有重要鏡鑒作用的探索研究，廣受學界和社會公眾關注。

來自中國科學院青藏高原研究所的最新消息說，由中國科學家領銜的國際合作團隊，通過對產自青藏高原上早白堊世時期(1.398億年-1.329億年前)的4件牡蠣化石進行深入研究，并以其為“氣候探針”，首次重構了溫室地球時期海洋表層溫度的季節性波動歷史，發現早白堊世時期地球具有顯著的季節性溫差和極地冰蓋-冰川周期性消融現象。

揭示溫室地球氣候復雜性與多變性

這項地球系統科學領域的重要研究，突破了以往“溫室地球背景下海水表層溫度季節變化微弱、冰川活動罕見”的傳統認知，揭示出溫室地球氣候的復雜性與多變性，為深刻理解地球氣候演化、預知未來全球生態情景提供了全新的視角和依據。

該研究由中國科學院青藏高原研究所丁林院士領導的碰撞隆升及影響團隊聯合德國森肯貝格生物多樣性和氣候研究中心、英國布里斯托大學和馬達加斯加塔那那利佛大學等科研同行共同完成。北京時間5月3日凌晨，相關成果論文在線發表于國際知名學術期刊《科學進展》(Science Advances)。

論文通訊作者丁林院士表示，牡蠣等雙殼類軟體生物的殼體是連接地表各圈層的時空橋梁，精細記錄著地球氣候節律與生態更替的內在關聯，這“啟迪我們從深時之境中探尋生態文明的未來之路”。

他指出，以牡蠣化石為代表的增生生物殼體如同樹木年輪，每年形成明暗交替的生長紋層。夏季高溫時，殼層生長較快、結構疏松，形成“亮帶”；冬季低溫時，生長減緩、結構致密，形成“暗帶”。

基于這一思想，中國科學院青藏高原所碰撞隆升及影響團隊早在2014年就提出，利用介形蟲化石明暗相間的季節性殼體環帶進行氧同位素古高度計的重置檢驗方法，揭示了岡底斯山是比喜馬拉雅山更古老的山脈。

溫暖主旋律偶爾穿插冰川短促音符

論文第一作者、中國科學院青藏高原所特別研究助理何松林介紹說，在本項研究中，研究團隊通過精準識別大型耙牡蠣化石殼體生長紋層，進行高分辨率微區采樣，通過巖相學(掃描電鏡和陰極發光顯微鏡)和地球化學(鍶同位素，成巖識別元素錳和鐵含量測定)等方法，確定化石并未受到后期成巖作用的改造，并從中提取氣候季節性變化的高分辨信號。

結合全球氣候模型，研究團隊模擬了不同二氧化碳濃度下的海表溫度、海水氧同位素值和鹽度分布，驗證了基于生物碳酸鹽巖團簇同位素溫度計所獲取數據的可靠性。

研究結果顯示，在白堊紀早期大洋缺氧事件全球降溫時期，牡蠣化石記錄的南半球中緯度地區冬季海水溫度比夏季低10℃-15℃，這一數據與現今同緯度地區季節性海水溫度變化幅度相似；海水氧同位素數值的波動表明，部分淡水可能以季節性冰蓋-冰川融水的形式注入海洋，類似現代格陵蘭冰蓋夏季消融的情景。

何松林對此比喻說，早白堊世溫室世界就像一首交響樂，溫暖的主旋律中偶爾穿插著冰川的短促音符。

當前全球變暖常被簡化為“溫度持續上升”，但本項研究提醒，氣候系統具有高度非線性特征，即溫室氣體濃度升高可能加劇季節差異，導致極端天氣頻發，而非均勻升溫。

助解溫室氣候下海陸相互作用機制

論文通訊作者和共同第一作者、中國科學院青藏高原所特別研究助理王天洋指出，研究推測，早白堊世的短暫冰川活動可能由巴拉那-伊騰德卡(Paraná-Etendeka)火山活動的負反饋與地球軌道周期變化等因素共同驅動。“這提示我們即使在全球變暖的今天，局部地區的重大地質事件疊加人類活動，也會導致出現意料之外的降溫事件。”

研究團隊之前通過分析位于藏南江孜地區的箭石化石，已提出在早白堊世的全球降溫期間，大陸冰蓋的總體積或達到現今南極冰蓋體積的一半，約1650萬立方千米。此次研究成果不僅再次印證該時期氣候變化的復雜性，也豐富了學界對溫室氣候背景下海陸相互作用機制的科學理解。

論文作者之一、德國森肯貝格生物多樣性與氣候研究中心安德烈亞斯·馬爾奇(Andreas Mulch)教授認為，這項研究如同為古老氣候圖景打開一扇新窗，打破溫室氣候單一敘事，照見地球系統深層的季節律動與冰凍回聲。

中國科學院青藏高原所稱，近3年以來，丁林院士團隊已在諸多國際期刊上發表一系列具有里程碑意義的地球系統科學研究成果，持續引領和推動地球系統科學前沿研究。