最近，中科院地质与地球物理研究所董亚杰副研究员在Nature Communications上发表了一篇“蜗牛化石回答全新世温度变化之谜”的文章，被善意调侃为：用冷门的古生物化石研究热门的环球变暖题目。不过换一个角度看，这也是对“冷门”的对峙不懈和对于“热门”的用心致志……。
先说热门，这个炎天，一浪接着一浪的高温，伴随着赤色预警，从百姓百姓到企业政府，多少都感受到天气变暖的压力或不安。环球变暖已经成为近年来科学、社会、公众高度关注、政府间博弈的环球性热门话题。
科学界有责任回答公众的关切和疑问，例如：过去的天气是如何变化的，目前的天气变暖有没有到达过去全新世(约1万年以来）最温暖水平？以后如何发展等等？这些都是无法回避的题目。
回答这些题目，科学界有两种途径：（一）地质记载；（二）古天气模拟。目前这两种途径产生了抵牾和分歧。地质学家依据近半个多世纪积聚的地质记载，确认中全新世（大约8000～4000年）存在一个温度比今天高约2-3度的大暖期，4000年以后天气是连续降温的；但古天气模拟专家并没有模拟出这个大暖期，他们模拟出的效果是：1万年以来环球温度不停在连续变暖！这种分歧，被称为“全新世温度变化之谜”（The Holocene temperature conundrum）。
今天是过去的延续和投影，假如按照地质记载，4000年以来天然天气不停是降温的趋势，可以为应对人类释放温室气体引发的快速变暖，提供宝贵的缓冲时间。假如按照古天气模拟效果，1万年以来天然天气不停是升温的趋势，叠加上人类活动-温室气体的连锁加盟，那将是推波助澜！全新世地球温度到底是怎么变化的呢？事关人类社会的发展，备受关注。
古天气模拟专家信赖，模子没有题目，由于利用这些模子的原理、算法等乐成地支撑着今天环球的气象预警、预告和社会经济的发展。天气模拟专家开始从地质记载上找缘故原由，以为地质学家利用地质记载重建的中全新世大暖期温度，重要受到夏季高温贡献的控制，而不是真实的年均温度信号。他们去除了夏季季节性毛病后的全新世地质记载温度变化趋势和古天气模拟效果是一样的，也就是说1万年以来环球年均气温确实是在连续上升的。相干论文发表在《天然》（Nature）等杂志上，公布“有效地办理了”全新世温度变化之谜，“办理了困扰天气科学家多年的困难”。
但是，许多地质学家并不认这个账，由于眼睁睁看着从地层土壤剖面特性到各种天气情况指标，都指示中全新世要温暖得多，无法理解这些特性-指标重要是由夏季温度控制的，由于这必要其他三个季节更寒冷、才可以匹配上模拟的效果……；莫名其妙，但又苦于不了解古天气模子具体是如何运转的，对于部门天气模拟专家拐弯抹角认定地质学家辛辛苦苦重建的年均温度变化重要是夏季温度贡献的结论，很是委曲。自己的证据自己最了解，如何向学术界证明地质记载可以重建年均温度信号？是补偏救弊的关键。
这是一个必要用心致志论证的工作，从逻辑上：（1）可以起首通过当代过程测试、验证天气替代指标展现四个季节温度变化的能力和可信度，进而建立定量的转换函数；（2）再通过地质记载替代指标转换出四个季节温度和年均温度在全新世变化的过程和趋势；（3）评估不同季节温度对年均温度随时间的贡献大小，明确全新世年均温度变化趋势是否由夏季温度控制？
接下来的难点是，筛选什么样的天气替代指标？一样平常以为陆地生物指标对于季节性天气变化相对敏感，但是分析查验表明，永生命周期（如几十-百年以上）的和超短生命周期（夏虫不可语冰）的生物组合指标，在展现春夏秋冬温度变化敏感性方面，有相对大的偏差范围，或者有的季节通不过查验；比较合适的是年际（1-3年）生存周期的生物，例如蜗牛，分布广、种类多、数目丰富，对季节性温度变化敏感，被以为是最得当通过当代过程建立其与季节温度定量关系的天气指标。
天时、地利、人和，基于课题组多年对新生代陆生软体动物研究的基础，本论文起首乐成建立了天下当代蜗牛组合分布与四个季节温度和年均温度的定量关系，并基于两个黄土高原剖面蜗牛化石记载，（1）重建中国北方20000年以来四个季节温度和年均温度变化序列；（2）根据四个季节温度计算的年均温度与独立重建的年均温度变化趋势同等，都表现出从8000年至4000年期间是温暖期，4000年以后出现出显着的降温趋势（图1）；（3）通过方差贡献计算四个季节温度分别对年均温度变化的贡献率，展现四个季节温度对于年均温度变化幅度（正、负）都有贡献，此中夏季和冬季温度对年均温度变化幅度的贡献显着大于春季和秋季（图2），不存在夏季温度控制年均温度变化趋势的究竟。
也就是说，根据软体动物——蜗牛化石重建的四个季节和年均温度变化趋势表明，由年均温变化控制的中全新世大暖期毫无疑问是存在的，4000年以来天然天气变化趋势确实是不停降温的。
图1 黄土高原耀县、泾川剖面全新世四序温度（左），与直接重建的年均匀温度（右，蓝色菱形和线）和模拟均匀温度（右棕色线）比较。
早全新世（EH）、中全新世（MH）和晚全新世（LH）
图2 全新世耀县（a）和泾川（b）不同季节温度相对年均温度贡献随时间的变化，以及它们与季节日照的关系（c）。
文章发表后，一些古天气模拟专家来信讨论，也以为有必要再从模子敏感性和界限条件上找缘故原由：在模子敏感性方面，目前大部门的GCM有大概对温室气体设置的敏感性偏高，而对轨道驱动的敏感度偏低；在界限条件方面，相干的古天气模拟并没有考虑非洲大陆沙漠区中全新世植被变化、也没有考虑到南极海冰变化等等。
再说冷门的蜗牛：还记得谁人北京大学“六代单传”的专业吗？古生物学，被以为冷门专业界的代表。蜗牛化石是古生物学众多门类中更冷门的一种。知道蜗牛的人很多，把蜗牛化石作为专业学习的人很少，研究蜗牛化石的专家更是屈指可数。
从前中科院南京古生物研究所余汶研究员造就的一批研究软体动物腹足类化石的学生，改行的改行，退休的退休，目前在中科院地质地球所的古生态课题组还算留了一条线，李丰江、董亚杰作为余汶先生的学生（吴乃琴研究员）的学生，从硕士到博士后，一路学习研究下来，与老师同门一起，岑寂地守护这个方向，开辟这个范畴。
刘东生先生在世时不停用心造就着这个方向，他亲自出头，国内请来陈德牛研究员、国外请来法国的Rousseau Denis-Didier教授，合作开展黄土高原的蜗牛化石研究。针对研究中遇到的狐疑和题目，刘先生有针对性地说“……研究工作要有自己的体系，这是最重要的，就怕不成体系。没有体系就没有特点，一个单位没有特点要这个单位做什么，……”。课题组针对当时国表里蜗牛研究被页粳明确了三个相互关联的事情，或者说成体系的事情：（1）理清我国常见蜗牛化石体系分类；（2）获取我国当代不同天气带、不同土壤情况的定量的蜗牛组合；（3）在上述基础上，研究黄土高原新生代以来风尘沉积蜗牛化石记载。
在梳理蜗牛化石体系分类过程中，遇到3个重要困难是：（1）与现生蜗牛分类的差异；（2）与欧洲草原区蜗牛分类的关系；（3）与模式标本的对比。此中，为了准确鉴定定名一些不常见的蜗牛化石，必要与模式标本对比时，常常大费周折。由于由于阎敦建先生(1943)当年定名的中国蜗牛化石模式种标本，许多分散在法国等欧洲的几个博物馆中，必要利用各种去欧洲或者法国开会、交换的机遇，费尽心机地看到中国蜗牛的模式标本，这是最检验耐烦的时候，必要对峙不懈。
在过去的30多年，古天气研究逐渐进入从定性到定量研究的变化阶段，条件是要体系分析和建立当代不同天气带表土情况指标与天气的量化关系。不像花粉等微体化石表土土壤样品的采集量，每个地点有几十克土壤就够了，每个蜗牛采样点表土样品至少要采集十多公斤以上，辛辛苦苦筛洗后，还不能够包管每个地方的样品都有蜗牛。固然进行了二十多年的积极，目前也只有不到400个地点的合格的蜗牛组合，只覆盖着我国长江以北的大部门地区，这是一个很难出成果的基础工作积聚过程，必要对峙不懈。
最辛苦的是以高分辨率（约~10cm采样间距）从数百米厚的黄土高原地层中一个一个地获取蜗牛组合变化的体系记载。当年定了一个目标：完成一个600万年以来完备的黄土高原蜗牛化石序列，这应该是世界上最长的、分辨率最高的陆地新生代生物化石序列。很遗憾，迄今还留有一段约20万年左右（240~260万年之间）的黄土地层，直到吴乃琴退休，也没有完玉成部蜗牛化石的采集，这段操持完成的目标地层，还静静躺在甘肃西峰（庆阳）150-200米深的沟谷中，必要每10cm采集15公斤样品，而且要一袋袋背上塬面，找水筛洗，这不仅检验耐烦，检验体力，更检验团队协作能力，必要对峙不懈（图3）。
图3 黄土高原野外采集蜗牛化石的过程（左）和常见的蜗牛化石种类（右）
从冷门的蜗牛化石到热门的环球变暖：古生物学是生命科学和地球科学的交错学科，不仅可以研究生命的起源、发展历史、生物宏观进化模子、节奏与作用机制，而且又是地球科学的一个分支，研究保存在地层中的生物遗体、遗迹、化石，用以确定地层的次序、期间，了解地球发展的历史，推断地质史上水陆分布、情况变迁、沉积矿产形成与分布的规律。研究天气变迁和环球变暖，也正是蜗牛的用武之地。把冷门研究成为热门，必要有缘人对“冷门”的对峙不懈，和对于“热门”的用心致志……。
美编：陈菲菲
校对：万鹏 |
