26 9 月, 2021

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化石文件可能揭示恐龙最后时代的气候

华盛顿 — 理查德·巴克莱 (Richard Barclay) 在史密森尼自然历史博物馆的档案中打开一个金属抽屉,里面有近 1 亿年前的化石。 尽管年代久远,这些岩石并不脆。 地质学家和植物学家很容易处理它们,并将其中一个放在手掌中以进行更仔细的检查。

古代岩石的一个组成部分是具有圆形上叶的三角形叶子。 当霸王龙和三角龙在史前森林中漫游时,这片叶子从树上掉下来,但这种植物一眼就能认出来。 “你可以看出这是银杏,它是一种独特的形式,”巴克莱说。 “几百万年来它没有太大变化。”

银杏树的区别还在于它们的化石通常保留了实际的植物材料,而不仅仅是叶子的印象。 而那层薄薄的有机物质可能是了解古老气候系统以及我们变暖星球可能的未来的关键。

但巴克莱和他的团队首先需要对植物进行解码才能读取旧论文中的信息。

“银杏是一个非常独特的时间胶囊,”耶鲁大学古生物学家彼得克兰说。 正如他在关于这种植物的《银杏》一书中所写的那样,“很难想象这些现在高耸于汽车和乘客之上的树木起源于恐龙,并在 2 亿年里几乎没有改变地降临到我们身上。”

如果一棵树倒在古老的森林中,它可以告诉今天的科学家什么?

“科学家回顾过去的原因是为了了解未来会发生什么,”亚利桑那大学的气候研究员凯文·安乔凯蒂斯 (Kevin Anchokaitis) 说。 “我们想了解地球过去如何对大规模气候变化做出反应——生态系统如何变化,海洋化学和海平面如何变化,森林如何运作。”

科学家们特别感兴趣的是“温室”时期,他们认为碳含量和温度比现在高得多。 其中一次发生在白垩纪晚期(6600 万至 1 亿年前),这是陨石撞击地球之前恐龙的最后一个时代,大多数物种灭绝。

佐治亚理工学院的气候科学家 Kim Cobb 说,更多地了解温室气候还可以为科学家提供宝贵的数据来测试气候模型的准确性以预测未来。

但是关于遥远过去的气候信息是有限的。 被困在古老冰芯中的气泡使科学家能够研究古老的二氧化碳水平,但这些气泡只有 80 万年的历史。

这就是史密森尼银杏叶系列的来源。 沿着一组小巷,巴克莱跨越数千年——这只有在博物馆里才有可能——到 19 世纪,当时工业革命开始改变气候。

他从库房里拿出一张纸,上面是维多利亚时代的学者用胶带捆扎起来的,上面是从当时植物园采摘的银杏叶。 几个标本有漂亮的草书标签,其中一个日期为 1896 年 8 月 22 日。

叶子的形状与大约 1 亿年前的化石以及巴克莱手中的现代纸大致相同。 但是使用显微镜可以看到一个主要区别——纸张如何响应空气中碳的变化。

叶子下面的小孔可以吸收二氧化碳和呼吸水分,使植物能够将阳光转化为能量。 当空气中含有大量碳时,植物需要较少的孔隙来吸收所需的碳。 当碳含量下降时,叶子会产生更多的孔隙来补偿。

今天,科学家们知道大气中二氧化碳的全球平均水平约为百万分之 410——巴克莱知道这使论文看起来是什么。 多亏了维多利亚时代的植物叶子,他才知道在人类戏剧性地改变地球大气之前银杏叶的样子。

现在他想知道银杏叶化石中的哪些毛孔可以告诉他一亿年前的大气。

但首先他需要一个代码分隔符,翻译纸——一种用来破译古代大气笔迹的罗塞塔石碑。

这就是为什么他要在马里兰州的森林中进行实验。

今年早些时候的一个早晨,巴克莱和项目助理本·劳埃德 (Ben Lloyd) 在暴露在外的塑料包装容器内照料成排的银杏树,使它们暴露在雨水、阳光和季节变化的环境中。 “我们以这种方式种植它们,因此植物会经历自然循环,”巴克莱说。

研究人员调整了泵入每个房间的二氧化碳,外面的电子监视器每五秒闪烁一次。

一些树木在当前的二氧化碳水平下生长。 其他人则以显着升高的水平增长,接近遥远过去或未来的水平。

“我们正在寻找类似物——我们需要一些东西来比较,”巴克莱说。 如果实验中的叶子形状与化石叶子的形状相符,将为研究人员提供有关古代大气的粗略线索。

他们还在研究当树木在高度充电的环境中生长时会发生什么,他们发现更多的二氧化碳会使它们生长得更快。

但巴克利补充道,“如果植物生长得太快,它们就更容易犯错误,更容易受到损害。……就像赛车手在高速行驶时可能会出轨。”

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