利用团簇同位素重建恐龙生活的夏季炎热的温室气候

尼尔斯·德温特在研究贝壳化石。来源:尼尔斯·德温特

古气候学家尼尔斯·德·温特(Niels de Winter)和他的同事开发了一种创新方法，利用团簇同位素方法在季节性尺度上重建过去地质时期的气候。它们表明，恐龙当时应对的是比人们以前想象的更炎热的夏季。研究结果表明，在中纬度地区，季节性气温可能会随着气候变暖而上升，而季节差异却保持不变。这导致夏季气温非常高。

古气候学家研究过去地质时期的气候。尼尔斯·德温特(VUB-AMGC 和乌得勒支大学)领导的国际研究小组使用一种创新的技术，首次表明恐龙必须处理比以前认为更大的季节性差异。

德温特说:“我们过去认为，当气候像白垩纪时期那样变暖时，季节之间的差异就会减小，就像现在热带地区夏季和冬季的温差会减小一样。”然而，我们现在的重建显示，平均温度确实上升了，但夏季和冬季之间的温差保持相当恒定。这会导致夏季更热，冬季更暖。”

为了更好地描述高二氧化碳浓度时期的气候特征，研究人员使用了保存完好的软体动物化石，这些化石生活在大约7800万年前的白垩纪瑞典南部。这些贝壳生长在当时覆盖欧洲大部分地区的温暖浅海中。他们记录了环境和气候的每月变化，就像树木的年轮一样。在他们的研究中，德温特和团队首次使用了“团簇同位素”方法，并结合了尼尔斯德温特发明的方法。

团簇同位素与VUB-UU方法结合——地质学上的一场革命

同位素是同一种元素的不同质量的原子。自20世纪50年代以来，碳酸盐岩中氧同位素的比例一直被用来测量过去地质时期的水温。然而，这需要研究人员对海水的化学成分进行估算，因为海水的同位素比率会影响贝壳的同位素比率，这就导致了更高的不确定性。大约十年前，人们发明了“团簇同位素”法，这种方法不依赖于海水的化学成分，可以精确地重建海水。但是，团簇同位素法有一个缺点:它需要太多的碳酸盐，因此无法在更详细的水平上重建温度，比如基于贝壳的季节性波动。

德温特现在发明了一种创新方法，将少量碳酸盐的测量结果巧妙地结合起来，用于温度重建。因此，团簇同位素法需要的材料少得多，因此可以用于研究贝壳化石，这些贝壳化石就像树木的年轮一样，包含着关于它们生活条件的大量信息。该方法还允许连续夏季(和冬季)的碳酸盐聚集，以更好地重建季节性温度。例如，温特发现，白垩纪“温室期”瑞典的水温在15°C到27°C之间波动，比今天高出10°C以上。

该团队还与英国布里斯托尔大学的科学家合作，后者开发了气候模型，将结果与白垩纪时期的气候模拟进行了比较。尽管之前对白垩纪的气候重建结果往往比这些模型更冷，但新的结果与布里斯托尔模型非常吻合。这表明季节变化和水化学在气候重建中是非常重要的。

“在季节尺度上确定如此久远的气候变化是非常困难的，但季节尺度对于正确地重建气候是至关重要的。”如果季节之间几乎没有任何差异，对年平均温度的重建结果与季节之间差异很大的情况不同。人们认为，在恐龙时代，季节之间的差异很小。我们现在已经确定，季节差异更大。在一年平均温度不变的情况下，夏天的温度会高得多。”

德温特解释说，“因此他们的研究结果表明，在中纬度地区，季节温度可能会随着气候变暖而上升，而季节差异却保持不变。”这导致夏季气温非常高。这些结果为在非常精细的尺度上的温暖气候的动力学带来了新的见解，可以用来改善气候重建和气候预测。此外，它们表明，更温暖的气候也可能有极端的季节。”

这一发展对气候重建的方式有着深远的影响。它使研究人员能够确定海水化学成分的影响以及冬夏差异的影响，从而验证数十年温度重建的准确性。由于他开创性的研究，德温特获得了年度EOS移液管奖和2021年新科学家科学才俊提名。