温室地球时期气候如何变化？近1.4亿年前牡蛎化石研究揭秘

中新网北京5月3日电 (记者 孙自法)在约1.4亿年前的温室地球时期，海洋表层温度如何变化？极地冰川是否存在？这些对全球变暖环境下地球未来发展趋势具有重要镜鉴作用的探索研究，广受学界和社会公众关注。

来自中国科学院青藏高原研究所的最新消息说，由中国科学家领衔的国际合作团队，通过对产自青藏高原上早白垩世时期(1.398亿年-1.329亿年前)的4件牡蛎化石进行深入研究，并以其为“气候探针”，首次重构了温室地球时期海洋表层温度的季节性波动历史，发现早白垩世时期地球具有显著的季节性温差和极地冰盖-冰川周期性消融现象。

揭示温室地球气候复杂性与多变性

这项地球系统科学领域的重要研究，突破了以往“温室地球背景下海水表层温度季节变化微弱、冰川活动罕见”的传统认知，揭示出温室地球气候的复杂性与多变性，为深刻理解地球气候演化、预知未来全球生态情景提供了全新的视角和依据。

双壳(牡蛎)化石与全球气候变化示意图。中国科学院青藏高原所 供图

该研究由中国科学院青藏高原研究所丁林院士领导的碰撞隆升及影响团队联合德国森肯贝格生物多样性和气候研究中心、英国布里斯托大学和马达加斯加塔那那利佛大学等科研同行共同完成。北京时间5月3日凌晨，相关成果论文在线发表于国际知名学术期刊《科学进展》(Science Advances)。

论文通讯作者丁林院士表示，牡蛎等双壳类软体生物的壳体是连接地表各圈层的时空桥梁，精细记录着地球气候节律与生态更替的内在关联，这“启迪我们从深时之境中探寻生态文明的未来之路”。

他指出，以牡蛎化石为代表的增生生物壳体如同树木年轮，每年形成明暗交替的生长纹层。夏季高温时，壳层生长较快、结构疏松，形成“亮带”；冬季低温时，生长减缓、结构致密，形成“暗带”。

基于这一思想，中国科学院青藏高原所碰撞隆升及影响团队早在2014年就提出，利用介形虫化石明暗相间的季节性壳体环带进行氧同位素古高度计的重置检验方法，揭示了冈底斯山是比喜马拉雅山更古老的山脉。

温暖主旋律偶尔穿插冰川短促音符

论文第一作者、中国科学院青藏高原所特别研究助理何松林介绍说，在本项研究中，研究团队通过精准识别大型耙牡蛎化石壳体生长纹层，进行高分辨率微区采样，通过岩相学(扫描电镜和阴极发光显微镜)和地球化学(锶同位素，成岩识别元素锰和铁含量测定)等方法，确定化石并未受到后期成岩作用的改造，并从中提取气候季节性变化的高分辨信号。

本项研究的稳定同位素结果，显示了牡蛎在生长阶段的季节性规律。中国科学院青藏高原所 供图

结合全球气候模型，研究团队模拟了不同二氧化碳浓度下的海表温度、海水氧同位素值和盐度分布，验证了基于生物碳酸盐岩团簇同位素温度计所获取数据的可靠性。

研究结果显示，在白垩纪早期大洋缺氧事件全球降温时期，牡蛎化石记录的南半球中纬度地区冬季海水温度比夏季低10℃-15℃，这一数据与现今同纬度地区季节性海水温度变化幅度相似；海水氧同位素数值的波动表明，部分淡水可能以季节性冰盖-冰川融水的形式注入海洋，类似现代格陵兰冰盖夏季消融的情景。

何松林对此比喻说，早白垩世温室世界就像一首交响乐，温暖的主旋律中偶尔穿插着冰川的短促音符。

当前全球变暖常被简化为“温度持续上升”，但本项研究提醒，气候系统具有高度非线性特征，即温室气体浓度升高可能加剧季节差异，导致极端天气频发，而非均匀升温。

助解温室气候下海陆相互作用机制

论文通讯作者和共同第一作者、中国科学院青藏高原所特别研究助理王天洋指出，研究推测，早白垩世的短暂冰川活动可能由巴拉那-伊腾德卡(Paraná-Etendeka)火山活动的负反馈与地球轨道周期变化等因素共同驱动。“这提示我们即使在全球变暖的今天，局部地区的重大地质事件叠加人类活动，也会导致出现意料之外的降温事件。”

本项研究的团簇同位素和模型重建的海表温度与相关值的季节变化，以及与现今海水观测特征。中国科学院青藏高原所 供图

研究团队之前通过分析位于藏南江孜地区的箭石化石，已提出在早白垩世的全球降温期间，大陆冰盖的总体积或达到现今南极冰盖体积的一半，约1650万立方千米。此次研究成果不仅再次印证该时期气候变化的复杂性，也丰富了学界对温室气候背景下海陆相互作用机制的科学理解。

论文作者之一、德国森肯贝格生物多样性与气候研究中心安德烈亚斯·马尔奇(Andreas Mulch)教授认为，这项研究如同为古老气候图景打开一扇新窗，打破温室气候单一叙事，照见地球系统深层的季节律动与冰冻回声。

中国科学院青藏高原所称，近3年以来，丁林院士团队已在诸多国际期刊上发表一系列具有里程碑意义的地球系统科学研究成果，持续引领和推动地球系统科学前沿研究。(完)【编辑:刘阳禾】