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銀杏化石揭示侏羅紀古大氣濃度

發布時間:2020-05-31來源:科學網阅读 > 4154

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中国华南鄂西地区早侏罗世的两种银杏植物化石及其表皮构造和气孔分布特征。?? 图片来源:中国科学院南京地质古生物研究所

大氣中濃度(pCO2)的升高被廣泛認爲是導致全球變暖的主要因素,因此,重建地質曆史時期大氣CO2濃度對于人類預測未來全球氣候變化趨勢具有重要的借鑒意義。植物化石的氣孔參數及碳同位素組成是重建古大氣CO2濃度的理想材料,從而備受地質古生物學界重視。 大氣中CO2濃度與維管植物氣孔指數之間的反比關系已被廣泛用于估算古大氣CO2濃度。

近年來,以氣孔爲參數等重建古大氣CO2的方法不斷完善。然而,不同方法在恢複古大氣CO2的一致性和准確性方面亟待評估。這些一致性的差異,主要與采用不同植物物種的氣孔特征校准方法有關。

为此,中国科学院南京地质古生物研究所研究员王永栋带领国际科研团队,与西北大学地质学系博士后周宁及爱尔兰都柏林大学教授Jennifer McElwain等人共同合作,基于华南鄂西地区早侏罗世的银杏植物化石,首次系统评估了经验模型、回归分析模型与光合作用模型三种重建方法在恢复古大气CO2的准確性,並據此重建了我國南方鄂西地區早侏羅世古大氣CO2濃度的連續變化趨勢。研究成果近日發表在國際地學學術刊物《三古》上。

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、植物化石碳同位素計算古大氣碳同位素組成、表皮細胞多倍體基因組等方面,對三種模型進行了測試和改進。結果顯示,通過對單一銀杏化石物種(似銀杏)采用三種方法恢複早侏羅世古大氣CO2濃度的相互比較,發現經驗模型和回歸分析模型兩種模型法在古大氣CO2估算和趨勢上具有高度的一致性。研究者選取同一化石采集點的兩種不同銀杏化石物種(似銀杏和楔拜拉),並利用三種模型分別進行了測算和比較,結果表明當用不同的銀杏化石物種恢複CO2濃度時,三種模型都顯示出與物種相關的不確定性,但經驗模型和回歸分析模型表現出更好的穩定性。

此外,研究還首次發現,同一層位的同一銀杏化石物種表皮細胞的染色體基因組大小,與光合作用模型過低估計古大氣CO2濃度相關;而利用植物化石碳同位素估計大氣碳同位素組成,則能夠有效提高光合作用模型在計算古大氣CO2濃度時的精度。

研究人員利用上述三種方法重建的華南鄂西地區早侏羅世古大氣CO2濃度爲900~1400ppm,是現今大氣CO2濃度的大約3~4倍,這一結果與前人利用植物氣孔參數法和地球化學模型重建的早侏羅世CO2濃度結果基本一致,表明在距今1.8億年左右的早侏羅世晚期爲溫室氣候期,並導致出現了全球性的大洋缺氧事件和氣候升溫事件。

相關論文信息:https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2019.109547

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