溫暖炎熱的白堊紀，有沒有可能出現冰河時期？

過去維繫恐龍繁榮的背景，一直是被稱為「溫室時代」的白堊紀氣候。但是，近幾年的研究表明：在白堊紀前半期的極地，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」，是生活著霸王龍、三角龍等多種恐龍的繁榮時代。

不少讀者認為，所謂「恐龍時代」，是指比現在更溫暖，即陸上巨大的蕨類植物茂盛、海里菊石大繁榮的世紀。事實上，過去維繫恐龍繁榮的背景，一直是被稱為「溫室時代」的白堊紀氣候。但是，近幾年的研究表明：在白堊紀前半期的極地，有存在冰河的可能性，因而人們對白堊紀氣候的印象正在改變。從冰河時代一下子步入溫室時代，白堊紀時代可說是急驟性變暖的時代。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。

白堊紀的由來

地質學上將地層中所記錄的歷史稱為「地質時代」。這個地質時代，按自古以來的順序分為「先寒武紀時代」、「古生代」、「中生代」、「新生代」四個。作為恐龍繁榮時代的中生代，又分為「三疊紀」、「侏羅紀」和「白堊紀」。其中，白堊紀是以在歐洲多巴海域發現的淺灰白色（白堊）的底層而得名。因此，白堊紀在距今1.442億年前拉開帷幕。一開始白堊紀是平穩的，可以說在與前個侏羅紀時代的交接時期，沒有生物滅絕事件。

作為中生代海洋生物的代表——菊石，儘管在白堊紀初出現過暫時的衰退，但仍繼續繁榮。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。這就是白堊紀初地球的模樣。

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

白堊紀可以進一步細分為12個階，實際上白堊紀最初的4個階（1.4億萬年前~1.2億年前），氣候並不是特別溫暖。

海平面上升300米

當然，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。

據近幾年來對北大西洋西部海域的調查，發現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時的海表面溫度為32℃~33℃，與現在的海表面溫度相比，最大溫差達7℃。

從有冰河時代到處於溫室狀態的地球，何以會進行這樣急速的變暖呢？答案是岩漿的活動。那時海底的生成速度是現在的1.5倍左右。不單是海洋地殼，大陸或弧狀小島的火山活動也是最活躍的，陸上火成岩的噴發量比起近1000萬年間，平均值要高出2倍。

這個結果意味著兩個重要事實：首先，由於這個時期活躍的地殼生成活動或海底火山活動使海底隆起，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，激烈的火山活動向大氣釋放大量的二氧化碳。據最新研究結果指出，當時大氣中二氧化碳的濃度達到現在的8~10倍。二氧化碳引起的溫室效應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好像對當時的海洋循環系統產生了很大的影響。

海水循環基本上是由海水的密度差引起的。以現代的海水循環而言，通過赤道附近的海流遇到大陸改向極地，並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生了循環。其循環速度使地球的氣候加速變冷。

但是，在大陸進行分裂的白堊紀的地球，沒有妨礙環繞赤道海流的大陸，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「環赤道海流」受當時氣溫的急驟變暖影響，於是便使海流表面更加活躍地進行海水蒸發。

隨著水分蒸發，海流表層的鹽分濃度增高，結果變重沉入深層。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，到達深層時海水已失去所含的氧，變成缺氧的海水。與此同時，造成活泥堆積，這就是為什麼世界各地的海底在大約1億年前的地層中陸續發現奇怪的黑色泥岩層的來由，當然也給今天人類帶來了豐富的石油資源。

OAE爆發對生物的影響

現已查清，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，即阿普弟階以後海洋深層未能充分供給氧。古生物學家將海洋深層中爆發的缺氧狀態稱之為「海洋無氧事件」（OAE）。現已知道，海洋中無氧事件爆發，地層中記錄了有機物異常增加、穩定碳同位素比值的異常等。地質學家和古生物學家將在野外發生OAE的地層（主要是黑色泥岩層）取樣帶回實驗室，通過化學分析，判明在白堊紀中期曾幾次爆發OAE事件。

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

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較好的幾個地方之一。通過對這個豐富的化石記錄調查，發現在白堊紀中期菊石存在多樣性的同時，又有數次多樣性驟減的時期。這個時期與用化學手段判定OAE的時期非常一致。顯然OAE爆發給海洋生物帶來深刻影響。同樣，OAE對其他有孔蟲、放射蟲這樣的海洋微生物也產生很大的影響。

促進被子植物繁榮

活躍的地幔活動帶來的影響不僅限于海洋。隨著氣溫繼續急速變暖，在陸上擴大了乾燥地區。作為證據，中國等地被稱作「紅色岩層」的地層，就是因乾燥而氧化形成的。

這種乾燥地區的擴大，可以促進植物界被子植物的繁榮。雖說從侏羅紀末或白堊紀初的地層發現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，繼續勉強生存，直到白堊紀中期，溫暖和乾燥的氣候環境才促進被子植物呈快速多樣化的發展，並且擴大了勢力範圍。

此時，被子植物已經獲得了小而結實的葉子，使水分散發極小，還有為防止乾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，使其更能適應乾旱的氣候。這些性質與被子植物獨特的快速繁殖習性相結合，使其在不穩定的環境和乾燥化的環境中保有了優勢。

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溫暖和乾燥的氣候。

建立與現代相近的植被

在活躍的地幔活動前，白堊紀的植被是以針葉樹、蘇鐵類裸子植物和蕨類植物為主。侏羅紀後期到白堊紀前期（時代尚未被確定）出現的被子植物絕對還沒繁榮。

但是，從阿普弟階後地球變暖，被子植物開始繁榮後，白堊紀的植物區係為之改變。例如在接近白堊紀結束時，已形成像現在木蘭或落羽杉、山毛櫸等那樣的繁茂森林的植物區系。

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

儘管如此，被子植物的出現確實給恐龍以後的動物區系帶來很大影響。例如在「蕨類草原」進化的食草恐龍變得大型化。另一方面，因被子植物繁榮而進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，小型動物要比大型動物更多。但是蕨類的葉子營養價值低，不足以維持小型動物的能量，而吃營養價值高的被子植物的果實或種子，才保證了食草動物的小型化。恐龍滅絕後，食草動物成功地小型化，是從蕨類植物向被子植物的植物區系變化的結果。

阿普弟階後以地幔活動變活躍為契機，被子植物在陸上世界實現了繁榮，完成了現代植物區系的形成進程，而且成為自新生代起哺乳類動物進化的決定因素。

白堊紀：未來地球的模擬

近年來，科學家對白堊紀研究有了更多的關注。從有冰河的白堊紀前半期到演變成溫室地球的白堊紀後半期的過程，對生活在現代正面臨全球變暖的人類來說，自然會尤為關注。

專家指出，研究白堊紀古環境的重要意義，在於可以查明急速變暖的氣候是以怎樣的程序改變環境的，並且可以在今後更詳細地弄清它的進程趨勢。

恐龍繁榮的背景是走向大的環境變革的白堊紀，或許我們可以說，它是預測未來地球的模擬實驗。人們將拭目以待。

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