銀杏植物化石揭示對侏羅紀古大氣CO2濃度重建的影響

2025-12-10 02:36:53 分類：探索 閱讀(649)

中國華南鄂西地區早侏羅世的化石兩種銀杏植物化石（似銀杏Ginkgoites，左圖）和楔拜拉Sphenobaiera，揭示建右圖）及其表皮構造和氣孔分布特征
（神秘的對侏度重地球uux.cn報道）據中國科學院南京地質古生物研究所：大氣中二氧化碳濃度（pCO2）的升高被廣泛認為是導致全球變暖的主要因素，因此，羅紀重建地質歷史時期大氣CO2濃度對于人類預測未來全球氣候變化趨勢具有重要的銀杏影響借鑒意義。植物化石的植物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。化石大氣中CO2濃度與維管植物氣孔指數之間的揭示建反比關系已被廣泛用于估算古大氣CO2濃度。近年來，對侏度重以氣孔為參數等重建古大氣CO2的羅紀方法不斷完善。然而，銀杏影響不同方法在恢復古大氣CO2的植物一致性和準確性方面亟待評估。這些一致性的化石差異，主要與采用不同植物物種的氣孔特征校準方法有關。
為此，中國科學院南京地質古生物研究所王永棟研究員帶領的國際科研團隊，與西北大學地質學系博士后周寧及愛爾蘭都柏林大學Jennifer McElwain教授等人共同合作，基于華南鄂西地區早侏羅世的銀杏植物化石，首次系統評估了經驗模型、回歸分析模型與光合作用模型三種重建方法在恢復古大氣CO2的準確性，并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。研究成果近期發表在國際地學學術刊物《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）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Ginkgoites）采用三種方法恢復早侏羅世古大氣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Ginkgoites和楔拜拉Sphenobaiera），并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復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（Ginkgoites marginatus）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濃度為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為溫室氣候期，并導致出現了全球性的大洋缺氧事件和氣候升溫事件。
本項成果的第一作者為周寧博士（現為西北大學博士后），王永棟研究員和Jennifer McElwain教授為論文通訊作者，中國科學院南京地質古生物研究所李亞博士、李麗琴博士、魯寧博士，都柏林大學Porter Amanda博士和挪威奧斯陸大學Kürschner Wolfram教授是該論文共同合作者。
本項研究由國家自然科學基金項目、中科院戰略性先導科技專項（B類）、國家重點研發計劃項目、現代古生物學和地層學國家重點實驗室樹木和中科院留學基金項目等聯合資助。 　 
論文信息：Zhou Ning, Wang Yongdong*, Li Ya, Porter Amanda, Kürschner Wolfram, Li Liqin, Lu Ning, McElwain Jennifer*, 2020. An inter-comparison study of three stomatal-proxy methods for CO2 reconstruction applied to early Jurassic Ginkgoales plants. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 542, 109547. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2019.109547