1.8億年前地球啥樣子?專家:二氧化碳濃度是現在的三四倍

現代快報訊（記者 阿里亞）盛夏街頭的銀杏樹是一把撐開的綠色大傘，滿眼清新。抬頭看葉，就像一柄柄展開的小扇子。然而，1.8億年前的銀杏葉可不長這樣，它像五根「手指頭」，葉子窄而細，齒很深……

△ 現生的銀杏葉片

神奇的是，銀杏還藏著大氣的秘密。中國科學院南京地質古生物研究所研究員王永棟帶領的國際科研團隊與西北大學地質學系博士後周寧等，通過對1.8億年前銀杏植物化石的不懈探索，發現當時的二氧化碳濃度是現在的三四倍，屬於溫室氣候期。相關成果近日發表在國際地學學術刊物《古地理 古氣候 古生態》上，對了解古環境和古氣候情況具有重要作用，還為探究未來氣候變化提供參考依據。

古大氣二氧化碳濃度有多高？銀杏化石藏答案

銀杏有著悠久的歷史，早在約2.7億年前，它就已經出現在地球上。經大約1億年的漫長歲月，銀杏發展到它的鼎盛時期。大片大片的銀杏樹林分布在地球上的絕大部分地區，與同時代生活的恐龍一樣普遍。因此，人們又稱它為「植物界的恐龍」。

△ 湖北秭歸的銀杏植物化石

但在以後的歲月中，銀杏急劇衰落，直到現在一直處於不斷衰減的過程中。只有少數地區由於受到得天獨厚的地理環境的保護，才有少量的銀杏僥倖保存下來。它們成了植物界中的稀世之物，是科學家心目中的「植物活化石」。

此次研究中的「大功臣」——距今約1.8億年的銀杏植物化石。「2015年起，我們就在湖北省秭歸縣郭家壩鎮開展野外考察工作，後來發現了一條出露條件非常好的侏羅紀陸相地層剖面，那條剖面上保存有十分豐富的植物化石。」王永棟介紹。之後的四年，科研人員在此處陸續發現了近300個銀杏植物化石標本。

△ 湖北秭歸的銀杏植物化石

「這些植物化石是在被稱為香溪組的剖面上發現的。它是華南侏羅紀最為典型的一段含煤地層剖面，但隨著三峽水庫水位的提高，原來的層型地點和參考剖面都被水淹沒。」王永棟說，為了尋找替代剖面，2015年起他們對秭歸地區進行了實地考察，結果在郭家壩鎮找到了很好的香溪組剖面。「香溪組中的銀杏類相當繁盛，並保存有十分完好的角質層構造，可以進行氣孔參數的研究。」

1.8億前的銀杏葉像五根手指頭

這些豐富的化石標本形態各異、大小不等。「侏羅紀銀杏和現在的銀杏形態是不一樣的。」王永棟解釋，現在的銀杏葉像「小扇子」，而1.8億年前的銀杏葉分裂成許多裂片，像五根「手指頭」，窄而細。它之所以改變葉片形狀是為了適應氣候的變化。

仔細觀察，化石表面都有一層黑色的膜。「這就是角質層，經過了億萬年依然保存下來了，非常珍貴。」王永棟說，它們蘊藏著上億年的植物細胞構造。

△ 湖北秭歸的銀杏化石葉片及螢光顯微鏡下角質層氣孔

而藉助顯微鏡，細胞的細微結構可以看得很清楚。「植物葉片表面分布著大量的氣孔，它通過控制氣孔的開閉就能夠吸收大氣中的二氧化碳，進行光合作用，氣孔越多，表明大氣中二氧化碳濃度越少。」周寧告訴現代快報記者，植物表面的氣孔數量跟大氣中二氧化碳的濃度成反比，而這種反比關係已被廣泛用於估算古大氣二氧化碳濃度。

△ 研究團隊在野外考察

此次，研究團隊首次從有效選擇氣孔記數方式、計算光合作用初始同化率等方面，重建了1.8億年前華南鄂西地區（湖北西部）的大氣二氧化碳濃度。「濃度為900–1400ppm，是現今大氣二氧化碳濃度的約3-4倍。」周寧說。

有助於預測未來氣候變化

二氧化碳是公認的溫室氣體，大氣二氧化碳濃度與氣候變化緊密相關。科研團隊的這一數據結果表明，距今1.8億年前的早侏羅世是溫室氣候期，並導致出現了全球性的大洋缺氧和氣候升溫。

△ 現生的銀杏葉片

「儘管這些銀杏化石是在華南地區發現的，但是當時大氣中二氧化碳濃度的升高卻是全球性的，湖北秭歸的化石精準地記錄了這個變化。」王永棟介紹，研究團隊聚集了來自愛爾蘭、挪威等國的科學家，通過對比研究，他們發現二氧化濃度升高這樣一個重大歷史事件是全球性的。

「我們可以通過監測大氣中的二氧化碳濃度來預測未來大氣溫度的變化情況，這與將來全球氣候變暖、海平面升高、冰川融化等都有很大的關係。」周寧表示，這一研究成果對了解古環境和古氣候情況具有重要作用，還為探究未來氣候變化提供了參考依據。

王永棟透露，下一步，他們計劃不斷擴大研究區域和時代跨度，發揮中國的材料和學科優勢，做更全面的區域性和全球性的對比研究。

（受訪者供圖）