吳再豐

過去維系恐龍繁榮的背景，一直是被稱為“溫室時(shí)代”的白堊紀(jì)氣候。但是，近幾年的研究表明：在白堊紀(jì)前半期的極地，有存在冰河的可能性……

眾所周知，1.4億年前到6500萬年前的“中生代白堊紀(jì)”，是生活著霸王龍、三角龍等多種恐龍的繁榮時(shí)代。

不少讀者認(rèn)為，所謂“恐龍時(shí)代”，是指比現(xiàn)在更溫暖，即陸上巨大的蕨類植物茂盛、海里菊石大繁榮的世紀(jì)。事實(shí)上，過去維系恐龍繁榮的背景，一直是被稱為“溫室時(shí)代”的白堊紀(jì)氣候。但是，近幾年的研究表明：在白堊紀(jì)前半期的極地，有存在冰河的可能性，因而人們對(duì)白堊紀(jì)氣候的印象正在改變。從冰河時(shí)代一下子步入溫室時(shí)代，白堊紀(jì)時(shí)代可說是急驟性變暖的時(shí)代。正是這急驟的變暖，使得古地球在海里引起生物滅絕，在陸上帶來了植物的巨大變化。

白堊紀(jì)的由來

地質(zhì)學(xué)上將地層中所記錄的歷史稱為“地質(zhì)時(shí)代”。這個(gè)地質(zhì)時(shí)代，按自古以來的順序分為“先寒武紀(jì)時(shí)代”、“古生代”、“中生代”、“新生代”四個(gè)。作為恐龍繁榮時(shí)代的中生代，又分為“三疊紀(jì)”、“侏羅紀(jì)”和“白堊紀(jì)”。其中，白堊紀(jì)是以在歐洲多巴海域發(fā)現(xiàn)的淺灰白色（白堊）的底層而得名。因此，白堊紀(jì)在距今1.442億年前拉開帷幕。一開始白堊紀(jì)是平穩(wěn)的，可以說在與前個(gè)侏羅紀(jì)時(shí)代的交接時(shí)期，沒有生物滅絕事件。

作為中生代海洋生物的代表——菊石，盡管在白堊紀(jì)初出現(xiàn)過暫時(shí)的衰退，但仍繼續(xù)繁榮。在陸上也有大量的裸子植物與蕨類植物為主的森林。在白堊紀(jì)初的陸上，自然界幾乎看不到被子植物的身影。這就是白堊紀(jì)初地球的模樣。

但是，根據(jù)近年來的研究成果得知，白堊紀(jì)初的氣候與原來科學(xué)家們所說的溫暖、平穩(wěn)的印象有很大差異。以專家的說法，這很可能繼續(xù)受侏羅紀(jì)后半期穩(wěn)定寒冷氣候的支配，在南極大陸甚至還存在著大陸冰川。

白堊紀(jì)可以進(jìn)一步細(xì)分為12個(gè)階，實(shí)際上白堊紀(jì)最初的4個(gè)階（1.4億萬年前~1.2億年前），氣候并不是特別溫暖。

海平面上升300米

當(dāng)然，在接著5-7階的“阿普弟階”（1.1~1.2億年前）、阿爾比安階（0.989~1.1億年前）、森諾曼階（0.935~0.989億年前）地球急速變暖，在森諾曼階中期迎來了變暖高峰。

據(jù)近幾年來對(duì)北大西洋西部海域的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)生息在海洋表層稱之為“有孔蟲”的微小化石以用氧的同位素形式記錄了當(dāng)時(shí)的海表面溫度為32℃~33℃，與現(xiàn)在的海表面溫度相比，最大溫差達(dá)7℃。

從有冰河時(shí)代到處于溫室狀態(tài)的地球，何以會(huì)進(jìn)行這樣急速的變暖呢？答案是巖漿的活動(dòng)。那時(shí)海底的生成速度是現(xiàn)在的1.5倍左右。不單是海洋地殼，大陸或弧狀小島的火山活動(dòng)也是最活躍的，陸上火成巖的噴發(fā)量比起近1000萬年間，平均值要高出2倍。

這個(gè)結(jié)果意味著兩個(gè)重要事實(shí)：首先，由于這個(gè)時(shí)期活躍的地殼生成活動(dòng)或海底火山活動(dòng)使海底隆起，從而使海平面急驟上升。例如以南太平洋為中心的海平面升高300米左右，溢出的海水侵蝕陸地。其次，激烈的火山活動(dòng)向大氣釋放大量的二氧化碳。據(jù)最新研究結(jié)果指出，當(dāng)時(shí)大氣中二氧化碳的濃度達(dá)到現(xiàn)在的8~10倍。二氧化碳引起的溫室效應(yīng)給氣候帶來巨大的影響。

地球變暖

高濃度二氧化碳引起的溫室效應(yīng)好像對(duì)當(dāng)時(shí)的海洋循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生了很大的影響。

海水循環(huán)基本上是由海水的密度差引起的。以現(xiàn)代的海水循環(huán)而言，通過赤道附近的海流遇到大陸改向極地，并且遇到格陵蘭海的冷空氣被冷卻沉入深層，這樣表層水與深層水便發(fā)生了循環(huán)。其循環(huán)速度使地球的氣候加速變冷。

但是，在大陸進(jìn)行分裂的白堊紀(jì)的地球，沒有妨礙環(huán)繞赤道海流的大陸，這就使得赤道附近的海流光是繞赤道一周，沒有流向極地。加之這個(gè)“環(huán)赤道海流”受當(dāng)時(shí)氣溫的急驟變暖影響，于是便使海流表面更加活躍地進(jìn)行海水蒸發(fā)。

隨著水分蒸發(fā)，海流表層的鹽分濃度增高，結(jié)果變重沉入深層。雖說鹽分濃度差造成海水上下層次分明，但因低中緯度海域的深層水溫度較高，與現(xiàn)在深層水溫相比高出約15℃，致使上下層海水的混合變得遲緩，到達(dá)深層時(shí)海水已失去所含的氧，變成缺氧的海水。與此同時(shí)，造成活泥堆積，這就是為什么世界各地的海底在大約1億年前的地層中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)奇怪的黑色泥巖層的來由，當(dāng)然也給今天人類帶來了豐富的石油資源。

OAE爆發(fā)對(duì)生物的影響

現(xiàn)已查清，迅速下沉的海流含氧量大，反之緩慢下沉的海流在沉入到深層的過程中，氧被海中的微生物消耗殆盡，即阿普弟階以后海洋深層未能充分供給氧。古生物學(xué)家將海洋深層中爆發(fā)的缺氧狀態(tài)稱之為“海洋無氧事件”（OAE）?，F(xiàn)已知道，海洋中無氧事件爆發(fā)，地層中記錄了有機(jī)物異常增加、穩(wěn)定碳同位素比值的異常等。地質(zhì)學(xué)家和古生物學(xué)家將在野外發(fā)生OAE的地層（主要是黑色泥巖層）取樣帶回實(shí)驗(yàn)室，通過化學(xué)分析，判明在白堊紀(jì)中期曾幾次爆發(fā)OAE事件。

就白堊紀(jì)的海洋生物而言，頭足綱的菊石是典型的代表。盡管菊石在白堊紀(jì)末大量滅絕（幾乎80%的菊石消失蹤影），但是在整個(gè)白堊紀(jì)期間卻達(dá)到了極度繁榮，而且發(fā)展成多樣形態(tài)。

大家知道，分布在北海道被稱之為“蝦夷群”的地層是世界上菊石保存狀態(tài)較好的幾個(gè)地方之一。通過對(duì)這個(gè)豐富的化石記錄調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在白堊紀(jì)中期菊石存在多樣性的同時(shí)，又有數(shù)次多樣性驟減的時(shí)期。這個(gè)時(shí)期與用化學(xué)手段判定OAE的時(shí)期非常一致。顯然OAE爆發(fā)給海洋生物帶來深刻影響。同樣，OAE對(duì)其他有孔蟲、放射蟲這樣的海洋微生物也產(chǎn)生很大的影響。

促進(jìn)被子植物繁榮

活躍的地?；顒?dòng)帶來的影響不僅限于海洋。隨著氣溫繼續(xù)急速變暖，在陸上擴(kuò)大了干燥地區(qū)。作為證據(jù)，中國等地被稱作“紅色巖層”的地層，就是因干燥而氧化形成的。

這種干燥地區(qū)的擴(kuò)大，可以促進(jìn)植物界被子植物的繁榮。雖說從侏羅紀(jì)末或白堊紀(jì)初的地層發(fā)現(xiàn)被子植物最古的化石——中華十字架，但是長期來它在植物界仍未取得支配權(quán)，繼續(xù)勉強(qiáng)生存，直到白堊紀(jì)中期，溫暖和干燥的氣候環(huán)境才促進(jìn)被子植物呈快速多樣化的發(fā)展，并且擴(kuò)大了勢力范圍。

此時(shí)，被子植物已經(jīng)獲得了小而結(jié)實(shí)的葉子，使水分散發(fā)極小，還有為防止干燥而包著幼胚的種皮，以及比蕨類植物或裸子植物更有效輸送水分的管道等，使其更能適應(yīng)干旱的氣候。這些性質(zhì)與被子植物獨(dú)特的快速繁殖習(xí)性相結(jié)合，使其在不穩(wěn)定的環(huán)境和干燥化的環(huán)境中保有了優(yōu)勢。

另外，與其他植物相比，被子植物物種形成的速度快。它比起蕨類植物或裸子植物能誕生更多種類型，其中有若干物種能適應(yīng)溫暖和干燥的氣候。

建立與現(xiàn)代相近的植被

在活躍的地?；顒?dòng)前，白堊紀(jì)的植被是以針葉樹、蘇鐵類裸子植物和蕨類植物為主。侏羅紀(jì)后期到白堊紀(jì)前期（時(shí)代尚未被確定）出現(xiàn)的被子植物絕對(duì)還沒繁榮。

但是，從阿普弟階后地球變暖，被子植物開始繁榮后，白堊紀(jì)的植物區(qū)系為之改變。例如在接近白堊紀(jì)結(jié)束時(shí)，已形成像現(xiàn)在木蘭或落羽杉、山毛櫸等那樣的繁茂森林的植物區(qū)系。

另一方面，過去有食草恐龍的進(jìn)化與被子植物的進(jìn)化有關(guān)的假說，但最新的研究卻否定了那種說法。

盡管如此，被子植物的出現(xiàn)確實(shí)給恐龍以后的動(dòng)物區(qū)系帶來很大影響。例如在“蕨類草原”進(jìn)化的食草恐龍變得大型化。另一方面，因被子植物繁榮而進(jìn)化的食草哺乳類大多是比較小型的。

從迄今的研究中知道，在單位體重的能量需求上，小型動(dòng)物要比大型動(dòng)物更多。但是蕨類的葉子營養(yǎng)價(jià)值低，不足以維持小型動(dòng)物的能量，而吃營養(yǎng)價(jià)值高的被子植物的果實(shí)或種子，才保證了食草動(dòng)物的小型化。恐龍滅絕后，食草動(dòng)物成功地小型化，是從蕨類植物向被子植物的植物區(qū)系變化的結(jié)果。

阿普弟階后以地?；顒?dòng)變活躍為契機(jī)，被子植物在陸上世界實(shí)現(xiàn)了繁榮，完成了現(xiàn)代植物區(qū)系的形成進(jìn)程，而且成為自新生代起哺乳類動(dòng)物進(jìn)化的決定因素。

白堊紀(jì)：未來地球的模擬

近年來，科學(xué)家對(duì)白堊紀(jì)研究有了更多的關(guān)注。從有冰河的白堊紀(jì)前半期到演變成溫室地球的白堊紀(jì)后半期的過程，對(duì)生活在現(xiàn)代正面臨全球變暖的人類來說，自然會(huì)尤為關(guān)注。

專家指出，研究白堊紀(jì)古環(huán)境的重要意義，在于可以查明急速變暖的氣候是以怎樣的程序改變環(huán)境的，并且可以在今后更詳細(xì)地弄清它的進(jìn)程趨勢。

恐龍繁榮的背景是走向大的環(huán)境變革的白堊紀(jì)，或許我們可以說，它是預(yù)測未來地球的模擬實(shí)驗(yàn)。人們將拭目以待。