用植物化石揭开南极冰盖环境变迁的“面纱”
韦利杰 陈虹韦利杰，1974—，博士，中国地质科学院地质力学研究所副研究员，主要从事古生物与地层、构造演化与古环境响应方面研究。
南极冰盖，是一片人们至今仍未完全踏足的神秘领地。
它广阔，南极大陆98%的区域被常年不融化的冰雪覆盖，面积约为1350万平方千米，比我国的陆地面积还要大。
中国在南极大陆建立的科学考察站
南极冰盖与出露的山峰
它厚重，终年不化的积雪逐渐堆积成极厚的冰层，平均厚度约为2450米，最厚的地方可达4800米。
它颇具影响力，南极冰盖的总体积多达2450万立方千米，蕴涵有全球70%的淡水资源，如果全部融化，全球海平面将上升近60米，使地球上的陆地面积缩小近2000万平方千米，许多沿海地区将被淹没。南极冰盖的消融与扩张，关系到整个人类的生存环境。
南极冰盖的边缘与冰山
南极冰盖的形成——朦胧下的众人云说
南极大陆是由冈瓦纳大陆分离解体而形成的。大约2亿年前，地球上由北半球的劳亚大陆和南半球的冈瓦纳大陆两个超级大陆组成，劳亚大陆由现今的北美洲、格陵兰岛及欧洲和亚洲的北部等大陆组成，冈瓦纳大陆则由现今的南美洲、非洲、澳大利亚、印度和南极等大陆组成。大约1.3亿年前，冈瓦纳大陆开始分裂，非洲、南美洲、澳大利亚和印度等陆块不甘一直待在原地，想到北方去看看，纷纷告别南极陆块向北漂移。只有南极陆块依然坚守在地球的最南端。
大约3400万年前，南美洲与南极大陆的南极半岛彻底分离，形成现在的德雷克海峡，环南极洋流生成。环南极洋流和西风带的形成在很大程度上隔离了南极大陆与中低纬度区域的热交换，使南极大陆开始变冷，气候从亚温带逐渐向寒带的泰加林（主要由耐寒的针叶乔木组成森林植被类型）和苔原环境过渡，高山地带出现山麓冰川，南极冰盖开始形成。大约1400万年前，随着全球二氧化碳浓度降低的发生，南极大陆地表温度迅速下降，被厚度惊人的冰雪覆盖，终年不化的积雪逐渐堆积成极厚的冰层，形成现今规模巨大的南极冰盖。
南极冰盖自形成以来是否曾经历过大规模消融－塌缩事件？这个问题一直存在争议，并以此可以分为两个派别——稳定派和活动派。稳定派主要根据冰川地质地貌学特征和宇宙成因核素数据，认为冰盖自1400万年以来南极大陆型冰盖始终稳定存在，体积和规模没有发生大的变化。例如，对横断山脉“干谷”地区的冰川地貌学和宇宙成因核素暴露年龄研究，稳定派认为南极冰盖自1400万年以来一直保持寒冷极区状态，南极冰盖始终稳定存在。活动派主要从古生物学和地层学方面出发，认为南极冰盖自形成以来一直处于动态演化之中，经历了多次扩展和退缩，特别是上新世（距今约530万～260万年）时存在由于气候变暖事件造成的大规模冰川退缩事件。例如，从南极罗斯冰架内部的岩芯分析，获得500万年以来50多个冰期－间冰期循环的高分辨率记录，证实上新世早期时罗斯海为开放海环境，冰架已全部消融，并且依据地球轨道建立模型，推测不仅罗斯海，甚至整个西南极也发生了大规模冰架垮塌。经过三十多年的激烈争论，至今仍然未能达成统一。
植物化石——小小石块中蕴藏的大生态
植物化石是指埋藏在地层中的植物遗骸。植物死亡后，迅速被沉积物覆盖，这些植物遗体中的有机质分解殆尽，坚硬的部分如根、茎、叶、孢子囊或球果、孢粉等与包围在周围的沉积物便一起形成化石。虽然经过了漫长的地质作用，但这些植物化石仍保留着植物原来的形态和结构等特征。
那么，如何获得植物化石中的古环境信息呢？如果从某地层中发现某些植物化石，可以肯定当时该区域一定生长着产生这些化石的植物，可以从植物化石推测出古代植物的样子，比如形态、结构等，然后在现存植物中，找到与植物化石在形态和结构上具有相似性和在系统演化上具有亲缘性的类群，假定化石植物与其亲缘类群生长所需要的气候和环境条件相同或相近，就这样用“将今论古”的方法推测植物化石生长时期的古环境。例如，蕨类植物生活在温暖潮湿的环境中，因此，如果在地层中发现大量蕨类植物化石，就可以说当时的古气候温暖潮湿。
假山毛榉孢粉化石
20世纪80年代中期，美国科学家提出的动态论观点——就是在横贯南极山脉发育的新生代冰川沉积地层天狼星群内发现了假山毛榉科植物化石，说明当时该地区生长着假山毛榉科植物，在某些环境适宜的地区仍被植被覆盖，找出这些古生物化石的最近亲缘类群，把每一种最近亲缘类群所能提供的数值进行叠加，通过产生的共存区间来估测出古气候和古环境参数，从而恢复该地区当时的古气候和古环境特征。科学家们结合其内含有的硅藻化石，根据该硅藻特定的生长年代认为该地层地质年代为上新世（距今约530万～260万年），由此指出上新世南极大陆内部曾存在无冰区，也就是说冰盖消融了，这个发现引起了很大的轰动，也掀起了南极研究的热潮。
南极大陆——风雪中的峥嵘岁月
始新世—渐新世之交（约3400万年前），全球气候急剧变冷，地球由“温室期”进入“冰室期”。随着气候和环境的变化，南极植物的种类和数量在逐渐减少，耐寒耐旱植物比例逐渐增加。
渐新世早期（距今约3400万～2800万年），横贯南极山脉地区以低灌木或低矮的假山毛榉科-罗汉松科植物为主，这些植物耐寒性差，喜温暖湿润气候，表明密闭森林生长在南极大陆较温暖的地区。
渐新世—中中新世（距今约2800万～1400万年），横贯南极山脉地区和罗斯海地区以低丰富度的假山毛榉科花粉占优势，伴有罗汉松科、草本植物和苔藓植物，反映苔原植被类型，并在条件适宜的地区生长的低矮木本植物，认为晚渐新世期间可能略微温暖些，中新世夏季平均气温可能类似于现在南极板块边界附近的岛屿，表明南极大陆的气候直至中中新世仍适宜维管植物生长。
中中新世—晚中新世（距今约1400万～530万年），北查尔斯王子山地区以低丰富度草本植物为主，伴有少量其他被子植物和苔藓、藻类孢子，反映草本-苔原植被，气候类似于现今温凉-寒冷的亚南极地区。
上新世时期（距今约530万～260万年），格罗夫山地区仍有植被覆盖，该地区仅生长着稀疏的耐寒耐旱草本植被，说明维管植物生长受到更大的限制，当时气候条件更加恶劣，表明植物逐渐适应在越来越冷的环境中生存。
南极大陆的年平均气温为-25℃，为世界上最为寒冷的地区。现今南极植物隐花植物（苔藓和地衣）占优势，并且大部分生长在南纬65°以北的冰盖边缘；仅两种开花植物生长在南极半岛北端和南极大陆周围的海洋性岛屿上，都是草本植物，一种是垫状草，另一种是发草属植物。
南极苔藓
南极地衣-簇花松萝
南极垫状草
北查尔斯王子山和格罗夫山距现今冰盖的边缘约400千米，这周围中-晚中新世乃至上新世仍适宜植物生长，可能这里曾是冰盖的边缘，说明南极冰盖自形成以来曾发生过塌缩事件，支持动态论观点。
此时的南极大陆仍有苍茫风雪飘摇，而此时的琼楼玉宇中也有无数学者在为此上下求索。时光的脚步不会就此停歇，学者对未知的探求不会就此磨灭。
争论不休，探索不止，我们在继续……
冰雪中的征程
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