远古时期地球南北极拥有热带雨林是一种什么景象?极夜里这些植物怎么办?

在距今5600万年前的古新世-始新世极热事件时期,地球平均温度比现在高了5~9℃,甚至连南极北极地区的温度都在20℃以上,那个时候全球已经没有永久性冰川,热带雨林一直延伸到南极大陆和北极周围的岛屿上。

其实在地球历史上,这样的高温时期还是挺多的,比如在白垩纪(约1.45亿至6600万年前),同样是两极地区都分布着热带或亚热带雨林。

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但是你有没有考虑过一个问题:两极地区和真正的热带地区有一个不同,就是两极地区是有极昼极夜的,那么这些植物在极夜的时候将会如何生存呢?

首先我们先了解下为什么这些时期地球气温会如此之高,其实很简单,就是温室气体更多。比如在白垩纪中期的二氧化碳浓度是工业革命前的6-10倍(约1000-2000ppm),古新世-始新世极热事件时期可能更高。大规模火山活动、洋壳扩张和有机质分解释放的二氧化碳,形成了强烈的温室效应。

例如,白垩纪中期的火山活动持续数百万年,导致全球平均气温比现在高10-15°C,两极地区年平均气温可达14°C(南极)和6.3°C(北极圈内),夏季甚至接近20°C。

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而且当时的大陆分布(如盘古大陆分裂)和洋流系统(如赤道暖流直接进入高纬度)使得热量向两极输送效率更高。例如,白垩纪的西内陆海道将温暖海水带入北美大陆,而极地周围的浅海进一步调节了温度。

冰盖的缺失意味着地表反照率降低,更多太阳辐射被吸收,进一步加剧升温。例如,白垩纪南极被植被覆盖而非冰雪,吸收的热量比现代冰盖多30%以上。

了解了上述情况后,我们可以大致清楚,其实那个时候,温室效应和全球洋流,使得即便是两极地区的极夜里,气温也不会很低。比如白垩纪两极地区的极夜持续约4-5个月,但气温并未降至冰点以下。例如,南极白垩纪中期的冬季海水温度约14°C,夏季达17°C;北极圈内极夜平均温度为-2.0°C±3.9°C,偶尔低至-10°C,但持续时间较短。这种温暖的冬季得益于高浓度二氧化碳的保温作用,以及海洋热量的储存和释放。

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极地海域的盐度较高(因蒸发量大),且暖流持续输入热量,导致海水冰点降低。例如,白垩纪南极周围的浅海可能形成了“海洋恒温器”,即使在极夜也能维持液态水。

部分研究表明,白垩纪晚期可能存在短暂的冰川活动(如季节性冰盖消融),但规模远小于现代冰期。例如,早白垩世的牡蛎化石显示,南半球中纬度地区冬季海水温度比夏季低10-15°C,类似现代温带海域的季节变化。

所以在地球平均温度升高的时候,即便是出于极夜使其,即便是没有太阳光,但是两极地区的温度依然并不低,这就为植物的生存提供了最基本的环境要求。

而两极地区森林中的植物,为了应对极夜这种极端情况,也相应的产生了一些进化。

极地植物(如针叶树、蕨类)通过增大叶片面积、提高叶绿素密度,在极昼期间最大化光能捕获。例如,塔斯马尼亚发现的5300万年前南极雨林化石显示,植物叶片面积比现代同类大20-30%。

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即便是没有太阳光的极夜期间,其实周围依然有微弱的散射光(如极光、大气漫射),植物可通过调整光合酶活性进行低水平光合作用。

植物在极昼积累淀粉和脂类,极夜期间通过分解这些储备维持基础代谢。例如,南极白垩纪雨林中的树脂树通过分泌树脂密封伤口,减少能量流失。部分植物进入休眠状态,降低呼吸速率(如落叶松),同时合成抗冻蛋白防止细胞结冰。

正是因为彼时地球极地温度远超现在,即便是极夜时期,温度也能保持在0℃以上,加上植物产生了相应的进化,所以这种反直觉的极地雨林才能存在。

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