科学猜想文集
(520) 《中生代二氧化碳分析》

为了还原古气候，孙伯年教授从叶片化石中，挑选了与现生叶片十分相似，种间差距最小的银杏化石叶片进行观察。对比它们气孔器分布参数，进行了仔细的分析和演算。

他发现来自同一化石点，甚至是同一地层的银杏叶片，反映出来的环境信息却并不相同。做出来的气孔数目和炭同位素都不一样，而且这种差距还很大。很可能说明气候场景有很大的波动，无任是昼夜温差还是季节温差都很大。

因为按照常理，采自同一化石点、同一层位的叶片化石，应该来自同一片银杏树林，且年代相近，它们经历的生长环境相同。那么，它们身上所记录下来的环境信息应该也是相同的，为什么会出现不同的信息呢？

光照条件对植物的生长有决定性影响，光照条件的差异必然导致叶片形态与气孔器多少上的差异。如树冠上的叶片获得的阳光充足，叶片就大，而生长在植物底部的叶片缺少阳光照射，光合作用频率下降，叶子自然会小很多。

从这个角度分析银杏的生长状态，由于银杏已脱离了裸子植物的生长状态，树杆呈多枝分叉状态，构成叶片之间的空间较小，在采光上远不其它裸子植物。

从现生裸子植物的生长状态上看，裸子乔木高大挺拔，树冠呈宝塔型，且树冠的半径很小，叶片之间空间较大，这些特点非常有利于裸子植物的采光效果。

从裸子植物的生长状态分析，中生代太阳光辐射力度较弱，但多光质的辐射能力相对较强，是构成裸子植物树冠呈宝塔形状的主要成因。这种生长状态非常有利于釆光和散热。由于古银杏的生长状态违背了中生代的环境要求，构成了叶片气孔器大小与多少的较大差异。

银杏生长状态与其它裸子植物生长上的差异，证明当时的光福射力度较弱，上层与下层进行光合作用的差异较大。同时还证明大气密度较低，保温效果较低，是构成上下叶片在形状上有效大差异主要因素。

基于此推导，在提取数值时必须要求在同一个地层、同一叶片化石采掘点、不同属种叶片中演算它的平均值。结果发现不同属种间都存在相似的情况。

另外，经过对大量的银杏化石的样本统计和数据演算之后，孙柏年教授重建出了自早侏罗纪时期起的几个阶段内，古大气二氧化碳浓度的波动数值。通过分析计算，求值出了从侏罗纪到白垩纪大气二氧化碳浓度的四个值。

那么，二氧化碳的具体的数值是多少呢？约是现代大气浓度的3~4倍。然后在早白垩世的三个点，它的数值又是多少？到早白垩世晚期，这一段的二氧化碳浓度是最高的。

从二氧化碳浓度约是现代大气浓度的3~4倍，上升至1920个ppmv（体积比率单位，表示每一百万份的气体单位体积中所含目标单位体积数‌）。现在的大气二氧化碳浓度，在工业革命前在280ppmv，现在已经上升到了360ppmv，是现代大气二氧化碳的6~5倍多。

工业革命220多年里，二氧化碳的浓度也仅仅增长了80个ppmv，早侏罗纪如此高的二氧化碳浓度又是从何而来的呢。从地球气候渐暖的角度分析，距今1亿9000万年的侏罗纪早期，其太阳辐射的力度远小于今天，所产生的水蒸气与二氧化碳浓度非常有限，不可能高于工业革命之前的二氧化碳浓度，因而早侏罗纪的二氧化碳浓度只能来自于火山喷发。

如果是火山喷发构成二氧化碳的增长，那么我们可以根据火山活动的频率变化的规律推断，距今年代越遥远，地心活动构成的火山活动越频繁。但地史研究所显现的地质体越稳定，这两者为什么会呈悖论关系？

银杏叶的气孔器类型为单唇单环式‌。通过光学显微镜、荧光显微镜和扫描电子显微镜等多种手段的研究发现，银杏叶的气孔器围绕每个气孔的副卫细胞数目多为5～6个，副卫细胞的平周壁明显加厚，具乳突状突起，拱盖着下陷的保卫细胞，偶有双气孔发生‌。

此外，银杏叶的气孔主要分布在下表皮，上表皮的气孔数目和分布因个体而异‌。这些气孔特征是一种非常明显低温环境与多光质强辐射环境下的产物，与二氧化碳的多少没有直接关系。无多光质辐射、湿润环境下的叶片气孔器，多呈较大而突出的状态。

只有一种解释最为科学，那就是早侏罗纪时的、近地表大气圈层的、空气密度与高度远没有今天这么大，而二氧化碳气体与氧气在所有大气成份中的质量是最大的，因而在地球重力比较弱的条件下，富集于近地表层，从而构成此时期二氧化碳浓度很高现象。

在中国，不仅仅是孙柏年团队在研究银杏化石叶片与古气候的关系，其它研究团队在研究银杏化石叶片与古气候上也取得了同样的研究成果，他们选择气孔记数方式、计算光合作用初始同化率、植物化石碳同位素计算古大气碳同位素组成、表皮细胞多倍体基因组等方面。

研究人员利用上述三种方法重建的华南鄂西地区早侏罗世古大气CO2浓度为900–1400ppm，是现今大气CO2浓度的大约3-4倍，这一结果与前人利用植物气孔参数法和地球化学模型重建的早侏罗世CO2浓度结果基本一致。

以上分析都证明了中生代的古气候与现今的大气环境有很大的差异，这种差异的变化证明地球在绕太阳作向心运动，从而构成许多方面的不同，其中包括大气物理环境也在发生演替。