5月2日，中国科学院青藏高原研究所丁林院士领衔的碰撞隆升及影响团队联合德国森肯贝格生物多样性和气候研究中心、英国布里斯托大学和马达加斯加塔那那利佛大学等单位，在国际知名学术期刊《科学进展》（Science Advances）在线发表了重要研究成果——《Back to an ice-free future: Early Cretaceous seasonal cycles of sea surface temperature and glacier ice》。
研究以新特提斯洋牡蛎化石的壳体记录为基础，结合高分辨率气候模拟，首次重构了1.4亿年前温室地球时期海洋表层温度的季节性波动历史，发现了早白垩世Valanginian期（139.8~132.9 百万年前）显著的季节性温差以及冰川周期性消融现象。这一发现突破了以往“温室地球时期季节变化微弱、冰川活动罕见”的传统认知，揭示了温室地球气候的复杂性与多变性，为深刻理解地球气候演化提供了全新的视角和依据（图1）。
“双壳类等软体生物的壳体是连接地表各圈层的时空桥梁，精细记录着地球气候节律与生态更替的内在关联，启迪我们从深时之境中探寻生态文明的未来之路。” 本文通讯作者丁林院士表示。
化石中的“气候探针”：小小牡蛎如何记录远古气候变化？
以牡蛎化石为代表的增生生物壳体如同树木年轮，每年形成明暗交替的生长纹层。夏季高温时，壳层生长较快、结构疏松，形成“亮带”；冬季低温时，生长减缓、结构致密，形成“暗带”。基于这一思想，早在2014年，丁林院士团队即开创性提出利用介形虫化石明暗相间的季节性壳体环带进行氧同位素古高度计的重置检验方法，首次揭示了冈底斯山是比喜马拉雅山更古老的山脉（Ding et al., 2014）。
本次研究中，研究团队通过精准识别大型耙牡蛎化石壳体生长纹层，进行高分辨率微区采样，通过岩相学（扫描电镜和阴极发光显微镜）和地球化学（锶同位素，成岩识别元素锰和铁含量测定）的方法确定化石并未受到后期成岩作用的改造，从中提取了气候季节性变化的高分辨信号（图2）。结合全球气候模型（HadCM3），团队模拟了不同CO₂浓度下的海表温度、海水δ18O值和盐度分布，验证了基于生物碳酸盐岩团簇同位素温度计所获取数据的可靠性。结果显示在Weissert事件全球降温时期，牡蛎化石记录的南半球中纬度地区冬季海水温度比夏季低10-15℃，这一数据与现今同纬度地区季节性海水温度变化幅度相似（图3）；海水δ18O值的波动表明，部分淡水可能以季节性冰川融水的形式注入海洋，类似现代格陵兰冰盖夏季消融的情景。论文第一作者何松林博士比喻：“早白垩世温室世界像一首交响乐，温暖的主旋律中偶尔穿插着冰川的短促音符。”
当前全球变暖常被简化为“温度持续上升”，但这一研究提醒我们：气候系统具有高度非线性特征。温室气体浓度升高可能加剧季节差异，导致极端天气频发，而非均匀升温。研究推测，早白垩世的短暂冰川活动可能由Paraná-Etendeka火山活动的负反馈与地球轨道周期变化等因素共同驱动。论文通讯作者和共同第一作者王天洋博士表示：“这提示我们即使在全球变暖的今天，局部地区的重大地质事件叠加人类活动，也会导致出现意料之外的降温事件。”
此前研究团队通过分析位于藏南江孜地区的箭石化石，已提出在早白垩世Valanginian全球降温期间，大陆冰盖的总体积或达到现今南极冰盖体积的一半（约16.5×106 km3）。此次成果不仅再次印证了该时期气候变化的复杂性，也丰富了我们对温室气候背景下海陆相互作用机制的科学理解。
“这项研究如同为古老气候图景打开一扇新窗，打破温室气候单一叙事，照见地球系统深层的季节律动与冰冻回声。”本文国际合作者之一，德国森肯贝格生物多样性与气候研究中心Andreas Mulch教授概括。
该研究得到了青藏高原地球系统卓越研究群体项目（延续资助）、特提斯重大研究计划（92355002）、以及国家自然科学基金（42102021,42402223）等多项基金的联合资助。近五年以来，该研究团队在Nature Reviews Earth & Environment、Science Advances和National Science Review等国际一流期刊上发表了一系列具有里程碑意义的地球系统科学研究成果，持续引领和推动地球系统科学前沿研究。
文章链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adr9417
详细信息及延展文献：
S. L. He, T. Y. Wang*, R. A. Spicer, A. Farnsworth, A. Mulch, M. Widdowson, Q. H. Zhang, F. L. Cai, P. J. Valdes, C. Wang, H. N. Randrianaly, J. Xie, L. Ding*, Back to an ice-free future: Early Cretaceous seasonal cycles of sea surface temperature and glacier ice. Sci. Adv 4, adr9417 (2025).
T. Y. Wang, S. L. He, Q. H. Zhang, L. Ding, A. Farnsworth, F. L. Cai, C. Wang, J. Xie, G. B. Li, J. N. Sheng, Y. H. Yue, Ice Sheet Expansion in the Cretaceous Greenhouse World. Funda. Res 4, 1586–1593 (2023).
起草：何松林，王天洋，丁林
图1 双壳（牡蛎）化石与全球气候变化
图2 Rastellum的碳氧同位素结果显示了牡蛎在生长阶段的季节性规律
图3 团簇同位素和模型重建的海表温度和δ18Osw 值的季节变化以及与现今海水观测特征
