晚白垩世—古近纪重要“温室阶段”的气候特征及其驱动因素

Global warming is one of the biggest environmental concerns, in which the rising content of atmospheric CO2 was once widely considered as the main contributor. However, in recent years, growing studies show that, solely by the greenhouse effect of CO2 itself, it appears far less to drive the temperature soaring up to the monitored magnitude. Similarly, mismatches between atmospheric CO2 and temperature in the geologic past are also increasingly detected. These facts strongly imply that, except for CO2, there must have been other and more powerful driving force. In the present study, we focus on the water vapor, another important greenhouse gas, which greenhouse effect doubles to that of CO2. Based on results of previous NSFC Project to the principal investigator, floras from the Taipinglinchang, Wuyun, and Dalianhe formations of Jiayin and adjacent Luobei counties are carefully selected in the present study to investigate the greenhouse effect of the water vapor. These 3 floras represent 3 important greenhouse stages of the Campanian, Selandian, and Lutetian, respectively. Temperature of each stage will be reconstructed by the leaf physiognomy analysis, while the corresponding paleo-CO2 will be estimated by Gingko leaf cuticles. Relational model between water vapor and temperature will be established in basis of data analysis on high-resolution modern climatic data. Then the model will be used in paleoclimate study to find out the contribution of water vapor to temperature changes. The final aim of this study is to determine if water vapor is the primary factor to climatic change, which will provide a new way to understand paleoclimate.

全球变暖是当前最受关注的环境问题之一，而大气CO2的持续上升曾被认为是导致温度增高的关键原因。但越来越多的研究显示，单独CO2的温室效应远不足以造成现有规模的增温。类似地，地史时期中CO2与温度的不匹配性也不断被发现。这些事实强烈暗示，除CO2之外，还存在其他更为主要的推动力。而水汽(water vapor)则是另一种重要的温室气体，且温室效应能力是CO2的两倍。本项目拟在青年基金基础上，进一步分析嘉荫太平林场组、乌云组和邻县萝北达连河组植物化石，分别代表坎潘期、塞兰特期、鲁帝特期等3个重要温室阶段。以被子植物叶相特征定量重建各阶段温度；以银杏气孔参数恢复古CO2，并查明其温室效应对温度变化的贡献率。同时，以高分辨率现代气候数据建立“水汽-温度”关系模型，整合应用于古气候分析，恢复古大气的水汽含量，揭示水汽温室效应对温度变化的贡献，从而确认影响温度变化的首要因素，为古气候研究提供新的思路。

通过古植物气孔参数、古土壤同位素以及地球化学模型等途径的研究，可以勾勒出白垩纪这一典型温室气候环境下古大气CO2变化的大致轮廓。在整个白垩纪时期大气CO2水平相对较高，但在白垩纪早期较低，白垩纪中期达到最高，而白垩纪晚期逐渐降低。更重要的是，借助于这些地质参数还更精确地识别出在白垩纪关键时期出现了几次显著的古大气CO2的短期快速波动变化，表明白垩纪的温室气候状态并非之前所想象的那么稳定，而是发生了几次大规模快速气候扰动事件，并伴随着CO2的短期波动变化。该文发表于《Earth-Science Reviews》。.课题组根据岩相、沉积、古生物、生物地理、古气候和气候模拟证据，对东亚古近纪气候格局进行了再分析。从岩相上而言，尽管煤为油页岩是广泛接受的湿润气候指标，但蒸发岩和红层却未必一定指示永久性干旱，红层更多地与氧化-还原环境有关。植物功能型的分析显示东亚的所谓干旱带并不发育干旱型植被。动物的研究也显示，东亚古近纪动物的分布更多地呈现出均一化的分布特征，并不存在明显的地理隔离。这些显然都不支持行星风系的模式。而季风或者类季风的气候特点可以更合理地解释上述岩相和古生物分布特征，并且有越来越多的气候模拟也开始支持季风或者类季风的气候格局。该文发表于《Earth-Science Reviews》。.华南是深入理解古近纪全球变化对低纬度地区影响的关键。然而，尽管这一地区的陆相地层中产有大量化石，但绝大多数剖面的年代控制都不是很精确。课题组通过对茂名油柑窝组和黄牛岭组剖面的高精度古地磁分析，建立了晚始新世至早渐新世的年代格架。这两个组的地层中均发育和良好的韵律，其磁化率的频谱分析显示其受轨道周期控制。磁性地层结果现实，这一变化发生于33.88 ma，对应始新世/渐新世重大气候转变，体现了低纬度陆相气候对这一重大事件的响应。该文发表于《Climate of the Past》。.此外，项目组还针对古近纪部分典型喜热植物类群进行了深入研究，呈现其迁徙特点与温室气候的关系，包括Camellia、Steaphyleae、Cycas、Podocarpoid、Choerosphondias、Schima、Stephania等。