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美妙的时空之旅:冰封的历史 那片绿色的南极洲

环球中文网 时间:2020-09-03 09:54:17

【环球中文网 cbeiji.com讯】  “气候酷寒,冰封千里”!这是我们提到南极洲的第一印象。



南极洲(图源@NASA)



南极洲(图源@AUSTRALIA'S SCIENCE CHANNEL)



南极洲(图源@GETTY/ MARK J THOMAS)

然而,在几十亿年的地球演化史中,这块神奇的南方大陆,并不是一直覆盖着冰雪和企鹅的。那里曾经到处都是森林、鲜花和各种各样的动物,与今天的气候完全不同!



那么,绿色的南极洲是什么样?又如何演化成今天的模样?让我们来一场美妙的时空之旅吧!



01

大约在5.5亿至1.8亿年前,南极洲是冈瓦纳超大陆的一部分。它与南美洲、澳大利亚、非洲、阿拉伯半岛和印度次大陆相连。



4.2亿年前冈瓦纳超大陆(图源@Fama Clamosa)

大陆分裂开始于侏罗纪时期。约在1.8亿年前,南极洲开始向地球南部底端移动。



2-1.5亿年前冈瓦纳超大陆(图源@Lennart Kudling)

在南极洲东部威尔克斯地海床下大约1英里处,科学家们发现了含有植物花粉的化石,这些植物只在今天的热带环境中繁茂生长。



热带植物无法在寒冷的气候中生长,因此科学家们根据在冰盖下发现的这些化石记录,认为这块冰封的大陆曾经是一个非常炎热的地方,气候如同今日赤道附近的热带气候。



过去人们认为南极洲在始新世(大约5600万年前)之前首次达到了高温。但经过研究,古生物学家发现了更多的植物化石,它们可以追溯到大约4.19亿-3.58亿年前的泥盆纪。



南极洲植物化石(图源@Woudloper)

在约6500-5300万年前之间,一次尤其巨大而持久的热浪席卷了地球,科学家称之为— Paleocene-Eocene Thermal Maximum(古新世—始新世极暖时期)。



在此期间,全球平均气温的上升导致了植被的变化。南极洲遍布各种各样的植物,甚至出现了棕榈树,以及今天热带猴面包树的近亲。



棕榈科植物

大陆的气候变得灵活多变,始新世时期的南极洲拥有着各种各样的生态系统。在高海拔地区和更远的内陆地区,人们还发现了温带雨林中的几种植物,其中之一就是南山毛榉科。



南山毛榉科(图源@Diucón )

在南极洲大陆上发现的化石保存了植物群的生物学和化学性质,帮助研究人员更完整的了解了一些植物的形成与演化,并如何在大灭绝中幸存下来。



南极洲植物化石(图源@文献[1])

然而,曾经繁茂植被并不是冰封大陆唯一存在的秘密。



(图源@NASA)

02

在南极半岛格雷厄姆地(Graham Land)以北的西摩岛(Seymour Island)上,科学家们发现了一种蜣螂产卵的独特结构——卵球(球状粪便)。



这意味着一定存在某些进食并产生粪便的动物。后来,科学家们发现了一些遗骸和孤立的牙齿,证明了有几种哺乳动物生活在这个地区。



它们中的一些属于同一种古代有袋动物,如同现代的智鲁负鼠一样(一种原产于南美洲的小型有袋哺乳类)。



智鲁负鼠(图源@José Luis Bartheld)

另一种被发现的有袋类动物是Antarctodolop(已灭绝动物)。这是第一个有记录的化石,发现于1984年,一些人将其描述为一种类似负鼠的生物。



Antarctodolop(图源@Bright side)

之后科学家们又发现了一块脚趾骨,这使他们相信一群名为Xenarthra(贫齿总目)的哺乳动物也曾生活在这片大陆上。这个动物家族就包括了我们今天所见的树懒。



贫齿总目(图源@Megatherum DB)

在南极洲还发现了一种被称为Notiolofos的有蹄类哺乳动物,这些生物以小树枝和树苗为食。科学家通过分析这种动物相对较小的牙齿来研究它们的饮食。



Notiolofos(图源@CRC)

而当科学家进一步研究这些化石时,他们发现有两种Notiolofos存在—— Notiolofos Arquinotiensis 和  Notiolofos Regueroi。前者重不到510磅,后者仅有130磅。



(图源@Bright side)

另一种始新世早期从南美洲进入南极洲西部的有蹄生物是Antarctodon(一种现已灭绝的闪兽目动物)。这个家族中其他哺乳动物的完整骨骼显示,它们与貘很相似。



Antarctodo(图源@Zimices )

其中一些物种还有锋利的犬齿。它们可以吃坚果和软植物。据推测,其中一些可能是半水生动物,比如水獭和海狸。



水獭

南极洲的化石记录不像其他大陆那样完整,大量发现的骨头不是支离破碎就是孤立的。但仍有可能,一些尚未被发现的化石被完好地保存在冰川下面。



南极洲化石(图源@University of Queensland)

这些生物在始新世时期的存在表明,南极洲是陆地哺乳动物的一个很好的栖息地。那么,这样一个绿色的生物天堂是如何变成现在冰冷、严酷的环境的呢?



(图源@sky news)

03

由于生物的共存发展,一些变化开始慢慢发生。



科学家认为约5600万年前,南美洲开始分离。1600万年后,澳大利亚和南极洲在海洋中开始漂移。

而在3600万到2300万年前,德雷克海峡(drake passage)出现。证明了大陆漂移是逐渐发生的。



南极洲是澳大利亚和南美洲之间的大陆桥。当它从南美洲和后来从澳大利亚分裂出来时,它开始向南移动。



(图源@Bright side)

这就为南大洋中出现的一种叫做南极绕极流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)的新力量腾出了空间。ACC顺时针方向流动,被认为是当今世界上最强大的洋流,每秒携带58亿到64亿立方英尺的水。



南极绕极流(图源@Caltech)

由于没有陆地阻挡洋流,洋流的流动方式阻止了暖流到达南极洲,还将海洋海底的冷水带到海面。这导致了这片孤立大陆的温度下降。



大约在5500万年前,地球大气中的二氧化碳含量超过百万分之1000。在此期间,地球上的高温融化了所有的冰帽,这导致海平面比现在高出200英尺。



而在始新世末期和渐新世初期,全球开始降温,北极和南极的地区气温都逐渐下降。地球大气中的二氧化碳含量也显著降低。



如此不可预测的二氧化碳波动是怎么产生的?一些科学家认为,某些时期构造板块的运动触发了富含碳酸盐的岩石和其他遗骸释放二氧化碳,导致了空气升温,冰盖融化。



而之后二氧化碳通过自然过程被吸收,引起了全球变冷效应。南极洲的冰川从3650万年前开始形成,它们逐渐蔓延整个大陆,植被开始消失。



根据对该地区植物样本的化石研究,科学家发现自5800万年前的古新世末期到4000万年前的始新世中期,植物多样性下降了47%。热带植物逐渐被温带森林取代,直至全部消失。



如今的南极洲一片荒芜,整个大陆只有2%的地方无长年冰雪覆盖,动植物能够生存。然而它依旧有着迷人的魅力。



(图源@REUTERS/PAULINE ASKIN)

绚丽的极光,可爱的企鹅、丰富的矿产资源.....南极洲依旧是地球上最神秘而又美丽的宝藏之一!



南极极光(图源@Timestorm Films)

(桔灯勘探)


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