自然地球科学:植被对早侏罗世全球变暖的响应

基于对陆生植物孢粉和海洋浮游生物微体化石的研究表明，早侏罗世全球变暖事件(thou ard ocean dioxidation event)不仅破坏了海洋生态系统，而且对陆生生态系统产生了重大影响，而且对陆生生态系统的影响明显早于海洋。

最近，斯莱特、瑞典自然历史博物馆古生物部等。通过孢粉研究为回答上述问题提供了重要证据，成果发表在《自然地球科学》杂志上(Slater et al .，2019)。孢子和花粉是植物产生的孢子和花粉，由于数量多，抗腐蚀性强，在古地层中能保存得很好。因此，沉积物中的孢粉组合被广泛用于重建古植被和气候环境的演化。Slater等人在早侏罗世Pliensbachian-Toarcian England浅海陆架沉积的页岩中获得了丰富的陆生植物孢粉和海洋浮游生物化石。结合沉积学和同位素研究，Slater及其合作者重建了陆地生态系统对千年变暖事件的完整响应过程，发现这一变暖事件引发了陆地植物类群的巨大转变。

在变暖事件开始时，即Prinsbach和Thouard之间的边界到达CIE之前(图1)，陆地植物群开始发生巨大变化，从针叶树、种子蕨类(产生双气球状花粉)和湿蕨和石松(图2a)到适应温暖干燥环境的针叶树(主要是杉科)和苏铁(产生长牡蛎粉和宽)。相比之下，虽然海洋中的浮游生物群落发生了变化，但变化很小。

在变暖高峰期，即CIE期，植物的丰富度和多样性大大降低，植物组合以适应干热气候的少量针叶树(主要是杉科)为主(图2c)，出现了大量代表高温环境的脑形花粉。与此同时，海洋生态系统也发生了剧烈的变化。鞭毛藻和多刺藻明显减少，而球形亚类和蓝藻等藻类大量增加，并伴有大量无定形有机物(图2c)，表明海水富营养化。上述变化伴随着微球状黄铁矿的出现，揭示了还原的海洋环境。

增温事件结束后，植物多度和多样性迅速增加，恢复到事件发生前的水平，但植物组合发生明显变化，杉科、柏科和亲水树(产生方镁石粉)占据优势地位(图2d和2e)。海洋生态系统已基本恢复到事件发生前的样子(图2e)。

图1英国约克郡OAE霸王龙的陆地植物和海洋生物记录。橙色的带子非常热；浅绿色和深绿色地图分别显示了孢子和花粉丰度的变化；蓝色和棕色地图分别显示了各种海洋浮游生物和无定形有机物的丰度变化；苔藓:苔藓；石松；石松属；蕨类植物:蕨类植物；双囊花粉:双囊花粉；classopolis:Classo粉；脑瘤菌:脑状粉末；Perinopollenites:壁粉；裂孢菌:宽沟粉；苏铁类:苏铁类；甲藻孢囊:鞭毛囊泡；球形；球形亚纲；塔斯玛尼特:一种绿藻；多刺疑源类:多刺的可疑物种；无定形有机物:无定形有机物

图2为T-OAE时期海陆环境演变示意图，图例同图1。(a) Prinsbach时期，气候潮湿；(b)在Prinsbach/Thouard边界到达CIE之前，气候变暖具有很强的季节性，陆地植被变化很大；(c)在公元前2000年，气候极端温暖，干湿季节极端分明，海陆生态系统发生了巨大变化；(d)在Thouard的CIE结束后的藻华阶段，陆地生态系统开始恢复，但海洋生态系统恢复缓慢；(e)千户藻爆发后，陆地生态系统恢复，陆地植被组合与事件发生前不同。

根据直观的孢粉证据重建的T-OAE期气候温暖干燥，具有极端的干/湿季(图2)，与前人根据沉积特征推断的温暖湿润气候结论不同。陆地和海洋生态系统的对比表明，在全球变暖前期，陆地植物群落变化较大，而海洋生态系统变化较小。在全球变暖的鼎盛时期，陆地和海洋生态系统经历了巨大的变化。基于此，作者认为，在全球变暖初期，由于海洋具有较高的热缓冲能力，陆地生态系统会受到更严重的影响。这种现象在地球早期历史中也出现过。例如，最近的研究发现，火山活动导致的二叠纪-三叠纪界线的全球变暖导致了陆地植物在海洋生物之前灭绝(Fielding等人，2019)。

这篇论文的作者接受了现有的“火山活动释放温室气体导致全球变暖导致生物灭绝”的观点，但也有学者对此提出质疑。与此同时，《自然·地球科学》发表文章评论，强调火山活动释放的汞对陆地植被的破坏不容忽视(Mander and McElwain，2019)。目前，与晚二叠世生物绝灭(王等，2018)、白垩纪大洋缺氧事件(2)、晚白垩世生物绝灭(Percival等，2018)有关的火山活动期均已获得汞同位素异常的证据。本研究虽然获得了早侏罗世陆地生态系统演化的信息，但还需要在全球范围内进一步研究内陆生态系统的演化过程和机制。

参考资料:

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(撰稿:王永达、杨石岭/新生代工作室)

编辑:许

校对:李玉玺