距今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？科學界對這些古氣候變遷問題極為關注，相關研究有助于鏡鑒氣候變暖下的未來發展。

為解開這一謎題，中國科學院院士、中國科學院青藏高原研究所（以下簡稱青藏所）研究員丁林嘗試讓來自青藏高原的“氣候探針”——牡蠣化石“開口說話”。“雙殼類等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。”丁林對《中國科學報》說，相關研究有助于“啟迪我們從深時之境中探尋生態文明的未來之路”。

通過與國際團隊合作，研究者對距今1.398億~1.329億年前的早白堊世時期，產自青藏高原的4件牡蠣化石進行深入研究，打破傳統認知，為理解地球氣候演變及預測未來生態情景提供了全新視角。相關研究5月3日發表于《科學進展》。

雙殼（牡蠣）化石與全球氣候變化。青藏所供圖

一架“時空橋梁”

“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。”丁林解釋說，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，早在2014年，丁林團隊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，并據此揭示了岡底斯山是比喜馬拉雅山更古老的山脈。

長久以來，科學界普遍認為“在溫室地球背景下，海水表層溫度季節變化微弱，冰川活動也極為罕見”。在新研究中，丁林領銜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、馬達加斯加塔那那利佛大學等單位，突破了這一傳統認知，揭示了溫室地球氣候的復雜性與多變性。

一首“交響樂”

“為了精準識別大型耙牡蠣化石殼體生長紋層，研究團隊進行了高分辨率微區采樣，并采用了‘多管齊下’的分析手段。”論文第一作者、青藏所特別研究助理何松林介紹，例如運用掃描電鏡和陰極發光顯微鏡，開展巖相學分析，細致觀察化石的微觀結構；通過測定鍶同位素，以及成巖識別元素錳和鐵的含量，對化石進行全面的地球化學分析。

在此基礎上，研究團隊確定這些化石并未受到后期成巖作用的改造，并從中提取出氣候季節性變化的高分辨信號。此外，他們還結合全球氣候模型，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，進一步驗證了研究數據的可靠性。

研究團隊據此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。

研究表明，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。

“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。”何松林比喻說。

一扇“新窗”

當前全球變暖常被簡化為“溫度持續上升”，研究者表示，這項研究提醒我們：氣候系統具有高度非線性特征。

研究表明，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。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。”論文共同通訊兼一作、青藏所特別研究助理王天洋說。

此前，研究團隊通過分析位于藏南江孜地區的箭石化石，已經提出在早白堊世瓦蘭今期全球降溫期間，大陸冰蓋的總體積或達到現今南極冰蓋體積的一半——約16.5×106 km3。此次成果不僅再次印證了該時期氣候變化的復雜性，也豐富了人們對溫室氣候背景下海陸相互作用機制的科學理解。

“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。”論文國際合作者之一、德國森肯貝格生物多樣性與氣候研究中心教授Andreas Mulch說。

相關論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr9417