数千万年前的鲨鱼牙齿解开了地球古代气候之谜

　　千万年前，沙虎鲨在南极半岛附近的水域捕猎，在海底繁荣的海洋生态系统中悠然滑行。而今天，剩下的只有它们尖利的牙齿，但这些牙齿却给我们讲述了一个故事。
　　它们正在帮助解开一个谜团：为什么地球在大约5000万年前，从一个比今天更温暖的＂温室＂气候，开始转变为凉爽的＂冰窖＂气候。
　　许多关于这种气候变化的理论都集中在南极洲。有地质证据表明，在此期间，介于南美洲和南极半岛之间的德雷克海峡（Drake Passage）和位于澳大利亚和东南极之间的塔斯曼门户（Tasman Gateway）都随着地球构造板块的移动而加宽和加深。
　　上图：一幅由卫星测量的海洋表面温度图，显示了用黑线标出的南极环极洋流。南极洲的海冰呈现浅蓝色。
　　更宽、更深的通道对于主要海洋的水域汇聚和南极绕极洋流的形成是非常必要的。今天，在南极洲周围流动的洋流将冰冷的海水困在南大洋，使南极洲保持寒冷和冰冻。
　　现已灭绝的沙虎鲨物种 ＂Striatolamia macrota＂ 曾经是南极半岛周围水域的常客，它在现在靠近半岛尖端的西摩岛留下了保存完好的化石牙齿。
　　通过研究这些鲨鱼牙齿中保存的化学物质，科学家们发现了德雷克海峡开放的时间，太平洋和大西洋的水得以混合，以及当时的水是什么样子的证据。
　　鲨鱼牙齿中记录的温度，是南极水域中最温暖的温度之一，并验证了大气中二氧化碳浓度高的气候模拟。
　　氧气被非常锋利的牙齿捕获
　　沙虎鲨有锋利的牙齿，会从下巴突出来抓住猎物。一条鲨鱼有数百颗排成几排的牙齿。在一生中，随着新牙的生长，它会脱落成千上万颗牙齿。
　　而重要的环境信息，则编码在每颗牙齿的化学成分中，并在那里保存了数百万年。
　　上图：科学家使用的沙虎鲨牙齿的标本。
　　例如，鲨鱼牙齿的外层是由珐琅质羟基磷灰石组成的，类似于人类牙齿的珐琅质。它含有来自鲨鱼生活的水中的氧原子。通过分析氧气，我们可以确定鲨鱼一生中周围水域的温度和盐度。这些来自西摩岛的牙齿表明，南极水域（至少是鲨鱼生活的地方）比科学家估计的更温暖。
　　另一个线索来自于钕元素，它在早期石化过程中吸附并取代了牙齿外层珐琅质中的其他元素。根据岩石的年龄，每个海洋盆地都有两种不同的钕同位素的不同比例。通过观察鲨鱼牙齿的比例，我们可以发现鲨鱼死亡水域的来源。
　　如果条件稳定，钕的成分不会改变。然而，如果牙齿化石中的钕成分随着时间的推移发生了变化，那就表明了海洋学的变化。
　　大鲨鱼，温暖的海水
　　我们研究了来自西摩岛的400颗牙齿，从幼年到成年，从生活在4500万到3700万年前的个体。牙齿的大小和化学成分的结合为研究过去，提供了一些令人惊讶的线索。
　　其中一些牙齿极其巨大，这表明这些古代南极沙虎鲨比今天的沙虎鲨要大，现在的沙虎鲨可以长到大约10英尺（约3米）长。
　　上图：一条现代沙虎鲨，也被称为灰护士鲨，展示了它一排排的牙齿。
　　此外，鲨鱼生活的水温比之前关于南极蛤壳的研究表明的要温暖。可能的不同之处在于，离海面更近的水域和更深的海底，或者是我们发现的鲨鱼的牙齿可能在南美洲度过了它们的一部分生命。
　　如今的沙虎鲨在温暖的海水中活动。它们在美国马萨诸塞州和特拉华州之间度过夏季和初秋，但当海水冷却后，它们会迁移到北卡罗来纳州和佛罗里达州。因为它们的牙齿不断地形成和向前移动，几乎就像传送带一样，所以下巴里的一些牙齿代表着与鲨鱼生活的不同的栖息地。
　　有可能古老的沙虎鲨也在迁徙，当南极水域冷却后，它们向北迁移到较低纬度的温暖水域。
　　这些牙齿表明，当时鲨鱼生活的水温与今天现代沙虎鲨生活的水温相似。二氧化碳浓度也比今天高出三到六倍，所以科学家们预计这些地区的气温更高。
　　最后，化石沙虎鲨牙齿中的钕提供了最早的化学证据，表明水流经德雷克海峡，与构造证据一致。 德雷克海峡开放的时间较早，但冷却效应延迟，表明地球系统之间存在影响气候变化的复杂相互作用。
　　它们的北方表亲呢？
　　始新世期间在世界各地发现了沙虎鲨，这表明它们在广泛的环境中幸存下来。 例如，在北冰洋，它们生活在 5300 万到 3800 万年前比公海咸度更低的微咸水域中，而且比它们在南极洲附近的南部表亲要小得多。
　　在此期间，墨西哥湾也出现了沙虎鲨栖息地的盐度和鲨鱼大小的差异。随着地球再次变暖，这样的环境容忍度对现代沙虎鲨的生存来说是个好兆头。
　　不幸的是，今天全球变暖的速度更快，可能超出了沙虎鲨的适应能力。
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