南极冰川下发现温带雨林遗迹

劳拉·杰格尔

2020年4月发表在《自然》杂志上的一项新研究指出，南极冰川下有温带雨林的遗迹。2017年，德国阿尔弗雷德韦格纳研究所亥姆霍兹极地和海洋研究中心的约翰·克拉奇团队，利用遥控机器人钻机，从南极洲西部派恩岛冰川附近的海床上，钻取了一个来自海平面27米以下、长约3米的沉积岩心。当看到沉积岩心柱时，地质学家约翰·克拉奇发现底部岩层完全是另一种颜色，与上部岩层明显不同。

回到实验室，约翰·克拉奇团队对该岩心柱底部3米的沉积物进行了多指标分析，并重建了该沉积序列年代的古环境气候。

基于生物地层学和古地磁学，该岩心柱底部3米应处于白垩纪中期（约9200万～8300万年前），那时恐龙在地球上游荡，热带地区的海洋表面温度达到35摄氏度，全球海平面比现在高170米。白垩纪（1.45亿～6500万年前）是地球历史上最热的时期，中小规模的冰原只存在过10次左右，白垩纪气候是地质历史上最典型的温室气候。

从岩性上看，3米厚的岩心柱由两部分组成：下部具有清晰层理结构的碳质泥岩和上部约5厘米厚的褐煤层。CT扫描岩心柱的数字图像揭示出沉积物中保存了非常密集且完好的根系网络，还在泥土中发现古老的花粉、孢子和开花植物遗迹。从显微镜下可以清楚辨认出单个的细胞结构。孢粉分析结果显示，岩心柱的植被类型以罗汉松科和南阳杉科的针叶林为主，同时还含有大量丰富的蕨类植物和蓝藻生物。英国诺森比亚大学的古生态学家乌尔里希·萨尔兹曼称：“大量的植物遗骸表明，南极洲西部海岸在当时是一片浓密的以针叶林为主的复杂温带雨林，与今天在新西兰皮特岛发现的雨林相似。”

约翰·克拉奇团队通过分析孢粉组合的特征和生物标志化合物，估算出在白垩纪中期，南极洲西部气候温和，年平均气温为12摄氏度，夏季温度高達20摄氏度，年平均降雨量接近1120毫米。该气候大致与今天的英国一致。

白垩纪时期，南极洲西部的古纬度为南纬82°，在一年有四个月极夜的高纬度地区，能保持这样温和的气候，茂密的植被覆盖是一大重要因素。密集茂盛的表层植被的行星反照率低，意味着它能有效吸收更多地面长波辐射，为地表留住较多热量；而冰层反射率高，降温冷却作用强。研究人员也据此推断出在白垩纪中期，南极大陆几乎没有冰层覆盖的可能性。

为了进一步研究白垩纪南极大陆“温室”气候背后的驱动因子，约翰·克拉奇团队建立全球古气候模型，并展开二氧化碳气候敏感性试验。模拟结果显示，仅当二氧化碳浓度达1120ppmv（百万分之一）以上时，模型模拟出的南极夏季地表温度才与重建结果相吻合。尽管如此，模拟的年平均气温仍远低于重建结果。阿尔弗雷德韦格纳研究所的气候模型专家格瑞特·罗曼说：“在此之前，一般学界的假设是白垩纪的全球二氧化碳浓度大约是1000ppmv（百万分之一）；但在基于南极气候模型的实验中，我们发现大气中的二氧化碳浓度要处于1120到1680 ppmv（百万分之一）之间，气温才能达到当时南极的平均温度。”这表明，大气中二氧化碳浓度的急剧上升，是导致白垩纪中期南极大陆气温升高的另一大必要前提。而白垩纪火山喷发的总体效应使得大气中二氧化碳浓度很高。当时火山喷发规模是现代的十倍，在海底扩张、玄武岩体积增长过程中，伴有大量二氧化碳从地球内部向大气喷发。不仅如此，根据化石研究，白垩纪中期出现有花植物，有花植物的光合作用是现代的五倍。因此二氧化碳是白垩纪主要的强效温室气体。

南极岩心柱的钻取和分析，不仅发现白垩纪时期的南极曾是一片欣欣向荣的温带雨林；更是填补了南极大陆古气候和古环境记录的空白，为古气候模型的建立，进一步探究白垩纪温室气候的驱动因子提供了关键资料。