木乃伊2300万年前的叶子显示出高大气碳刺激的古老“全球绿化”

一张2300万年前的叶子保存在新西兰的一次湖床中，这是过去大气条件的关键。人们可以看到静脉，牙齿上的腺体和被昆虫咬伤的孔，从而导致发育不良和疤痕组织。

独特的新西兰矿藏为现代气候变化的发展提供了见识。

研究来自2300万年前森林的叶子的科学家第一次将高水平的大气二氧化碳与植物的生长增加以及炎热的气候联系在一起。这一发现加深了人们对二氧化碳上升如何加热地球以及植物生命的动态如何在数十年之内变化的理解，那时二氧化碳水平可能与遥远的过去非常相似。

科学家从一个独特的新西兰湖床中取回了叶子，该湖床中保存着植物，藻类，蜘蛛，甲虫，苍蝇，真菌和其他生物的残骸，这些残骸来自温暖的中新世早期。长期以来，科学家一直假设二氧化碳含量很高，一些植物可以更有效地捕集二氧化碳以进行光合作用。这是第一项表明这些事情实际上是串联发生的研究。研究结果发表在本周的《气候》杂志上。

哥伦比亚大学Lamont-Doherty地球观测站的兼职科学家Tammo Reichgelt说：“令人惊奇的是，这些叶子基本上都是木乃伊，因此我们拥有它们的原始化学成分，并且可以在显微镜下看到它们的所有细微特征。”康涅狄格大学地球科学助理教授。“当时有证据表明二氧化碳含量很高，但存在悖论。”

2013年，古植物学家对新西兰的Foulden Maar进行化石勘探。

所谓的“碳肥效应”具有广泛的意义。实验室和野外实验表明，当CO2水平升高时，许多植物会提高其光合作用速率，因为它们可以更有效地从空气中去除碳，并在这样做的同时节省水。确实，一项基于NASA卫星数据的2016年研究显示出“全球绿化”效应，这主要是由于近几十年来人造二氧化碳的水平上升所致。自1980年左右以来，地球上四分之一到一半的植被地的树木和植物的叶子数量都在增加。随着二氧化碳水平的上升，这种影响有望继续。

这似乎是个好消息，但现实却更加复杂。增加的CO2吸收并不能补偿人类涌入空气中的物质。并非所有的植物都可以利用，而在那些植物中，结果可能会因温度和水或养分的供应情况而异。而且，有证据表明，当一些主要农作物光合作用加快时，它们吸收的钙，铁，锌和其他对人体营养至关重要的矿物质相对较少。由于当今许多植物的生活都是在温带，低二氧化碳的世界中发展起来的，因此某些自然和农业生态系统可能会因较高的二氧化碳水平以及温度升高和降雨带来的变化而被破坏。赖希特（Reichgelt）说：“任何人都会猜到它是如何发挥作用的。”“这是植物承受的另一层压力。对于某些人来说可能是伟大的，而对于另一些人来说则是可怕的。”

木乃伊叶的一部分，高度放大。一个人可以辨认出表皮的单个细胞，以及嘴形的气孔，这些开口使叶片吸收二氧化碳并释放出水。

该矿床位于一个很小的，早已灭绝的火山口中，现在位于新西兰南部城市但尼丁附近的一个农场里。大约一公里宽的火山口曾经拥有一个孤立的湖泊，周围的环境不断堆积着沉积物。该功能仅在最近15年内才被认可；科学家将其称为Foulden Maar。自从将其视为科学的金矿以来，他们一直在研究它。一些人还与一家真正的矿业公司进行了斗争，该公司希望剥离用于牲畜饲料的存款。

在这项新研究中，研究人员从2009年的岩心中取样，该岩心穿透了100米，到达了现在干燥的湖床底部附近。在每年春季开花12万年的白色每年富含硅的藻类藻类之间交替分布着交替出现在其他季节的黑色有机质层。这些包括来自亚热带常绿森林的无数叶子。它们的保存完好，以至于科学家们可以看到微观的静脉和气孔，即通过叶片的孔吸入空气并在光合作用期间同时释放水。与大多数化石不同，叶子也保留了其原始的化学成分。它是南半球唯一已知的矿床，并且比北部已知的少数类似矿床保存得更好。

中新世长期以来一直是古气候研究者困惑的根源。据信全球平均温度比今天高3至7摄氏度，两极冰基本消失了。然而，许多主要来自海洋生物的代理人提出，二氧化碳水平仅为百万分之300，与工业化前的人类相似，并且不足以解释这种变暖。有了高二氧化碳消除的证据，科学家们推测必须取消以前的代理测量。

基于这项新的研究以及Foulden Maar的相关研究，研究人员也能够找到这个难题。他们分析了在沉积物中不同水平发现的六种树种的叶片中的碳同位素。这有助于他们将当时的大气中的碳含量归零。他们还分析了叶片气孔的几何形状和其他解剖特征，并将其与现代叶片进行了比较。通过将所有数据合并到一个模型中，他们发现大气中的二氧化碳不是300ppm，而是大约450ppm，与温度数据非常匹配。其次，他们表明树木在通过气孔吸收碳方面非常高效，而不会通过相同的路径泄漏大量的水，这是所有植物都必须考虑的因素。这使他们能够在边缘地区生长，否则这些地区对森林来说太干燥了。研究人员说，这种更高的效率很可能反映在北部温带纬度更大，陆地面积更大的森林中。

现在，人类排放已将二氧化碳水平推至每百万分之415，并且几乎可以肯定的是，到2040年，二氧化碳的水平将达到Foulden Maar森林所经历的水平。数十年来和几个世纪以来，由此产生的温度升高的估计值各不相同，但这项新研究表明，大多数温度都在球场上。

研究合著者拉蒙特-多尔蒂（Lamont-Doherty）的古气候科学家威廉·安德里亚（William D’Andrea）说：“这一切合在一起，都说得通。”他说，除了显示植物如何直接对二氧化碳作出反应外，“这还应该使我们对温度随二氧化碳水平的变化有更多的信心。”

研究合著者达芙妮·李（Daphne Lee）是新西兰奥塔哥大学的古生物学家，他领导了这项工作，研究了富登马阿尔（Foulden Maar）丰富的生态系统。最近，当一家在马来西亚和英国拥有公司的公司宣布计划剥离矿床以用作猪，鸭和其他集约化养殖动物的饲料添加剂时，她成为了意外的捍卫者。随着可能会有更多发现被发现，科学家感到震惊，并与担心噪音和灰尘的当地人结盟。但尼丁市议会现在正在考虑购买土地以保护土地。

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参考：Tammo Reichgelt，William J.D'Andrea，Ailíndel C.Valpia-McCarthy，Bethany RS Fox，Jennifer M.Bannister，John G.Conran，威廉·李（William G. Lee）和达芙妮·李（Daphne E.Lee），2020年8月20日，过去的气候。
10.5194 / cp-16-1509-2020

这项研究还由Lamont-Doherty的前实习生Ailíndel Valpia-McCarthy合着。哈德斯菲尔德大学的伯大尼·福克斯（Bethany Fox）；奥塔哥大学的詹妮弗·班尼斯特（Jennifer Bannister）；阿德莱德大学的John Conran；和奥克兰大学的William Lee。