化石揭示了9500万年前热带炎热的北美

密歇根大学一项使用化石牡蛎壳作为古温度计的新研究发现，9500万年前覆盖北美西部大部分地区的浅海与今天的热带地区一样温暖。

该研究提供了白垩纪热最大值高度期间广阔的中纬度海域的第一个直接温度数据，这是过去数亿年地球上最热的气候间隔之一。

该研究结果于5月9日在线发表在《地质学》杂志上，它还暗示了未来几代人可能会遇到的情况，除非控制温室气体的排放。

“这些数据表明，白垩纪温室高峰期的北美内陆与现代热带地区最热的条件一样温暖——想象一下尼西亚巴厘岛的气候，在犹他州或怀俄明州等地，”研究的主要作者说马特琼斯，前密歇根大学博士后研究员，现就职于史密森尼学会国家自然历史博物馆。

研究发现，在白垩纪中期，西部内陆航道的平均水温在28到34摄氏度(82到93华氏度)之间，与现代热带极端温度如-太平洋暖池一样温暖，它始终表现出地球表面最大范围内的最高水温。

白垩纪中期大气中的二氧化碳浓度仍然是研究人员争论的话题，但许多研究表明浓度超过百万分之1,000。根据气候科学家的说法，今天的水平略高于420ppm，但到本世纪末可能会超过1,000，除非化石燃料排放量减少。

密歇根大学地球化学家说：“这些新发现有助于解决过去地质时期温室变暖峰值期间北美的温度问题，这反过来又可以帮助我们更好地预测在预计的较高大气CO2条件下未来地球的温暖程度。”研究合著者、地球与环境科学系助理教授SierraPetersen。

为了确定9500万年前白垩纪温室世界高峰期北美的炎热程度，研究人员分析了来自地质调查局化石收藏的29个保存完好的牡蛎壳。

这些化石来自怀俄明州、科罗拉多州、犹他州、新墨西哥州和亚利桑那州的砂岩和页岩露头——这些地区的纬度与今天相似，但在白垩纪时期处于水下。当时，西部内陆航道从墨西哥湾延伸到北极，从现在的犹他州延伸到爱荷华州。

新墨西哥州麦金利县曼科斯页岩组的白垩纪牡蛎(Exogyratrigeri)的切割和抛光表面的横截面视图，带有一分钱的比例尺。图片来源：乔恩霍夫曼。

在西部内陆收集的化石表明，这条海道充满了海洋生物，包括巨大的蛤蜊、螺旋壳菊石和已灭绝的牡蛎。恐龙在邻近的沿海平原上漫游。

在当前的研究中，研究人员使用了20世纪杰出的古生物学家之一比尔·科班(BillCobban)及其同事几十年来收集的牡蛎壳化石。随着牡蛎的生长，它们的壳结合了氧和碳元素的各种形式或同位素，其比例可以揭示周围海水的温度。

琼斯用一个小的Dremel钻头对化石贝壳进行了取样，并收集了粉状方解石。研究人员使用彼得森UM实验室中最先进的质谱仪测量了碳和氧的同位素比率。具体来说，他们研究了重碳同位素碳13和重氧同位素氧18的出现情况，以及它们在方解石晶体结构中结合在一起的频率。

两种重同位素的这种键合频率(称为同位素结块)对矿物形成时的环境温度高度敏感，从而使科学家能够通过最近开发的一种称为结块同位素古温度计的技术来重建过去的温度。

“多代地质学家研究了西部内陆航道的古生物学和地层学，提供了关于过去气候的不同观点以及使这项研究成为可能的知识基础，”琼斯说。“然而，直到现在，对于这个白垩纪温室世界的顶峰，还没有从北美内部直接进行古温度计测量。

“这种记录的缺乏阻碍了人们对白垩纪以来北美温度演变的深入了解，以及温度对该航道海洋生物群的影响，以及对居住在邻近沿海平原的恐龙等陆地动物群的影响。”

这组作者说，这项新研究的北美数据与之前在全球公海地点使用传统氧同位素古温度测量技术的研究一致。那些早期的研究测量了氧的稳定同位素的比例，推断出从亚南极到热带和南部的30摄氏度中期(90华氏度以上)的海面温度在20摄氏度(80华氏度以下)中纬度。

除了量化西部内陆航道过去全球变暖的具体发现外，这项新研究还展示了如何使用这种特殊的地球化学技术来揭示过去的气候条件，而以前的技术在这些地区一直存在困难。

“即使在使用丛集同位素古温度计15年之后，我仍然感到惊奇的是，只要提供正确的样本，我们基本上可以将温度计浸入9500万年前的海洋中，并弄清楚它的温度有多高，”彼得森说。“如果我们希望能够更好地预测地球上不同的生命如何应对未来的变暖，那么过去温暖时期的具体温度估计可以帮助我们设定生存能力的上限。”