逼近真实的远古气候
模型的“进化”
北极地区拥有独一无二的光照条件：夏季有长达4个月的低角度、低照度的持续光照环境，而冬季则有4个月的极夜时间。
杨洪介绍说，这种独特的光照条件可以通过植物的光合作用，最终影响到植物叶中氢和氘的比例，即氢同位素分馏。实际上，先前已有研究应用了氢同位素分馏的均值，但由于忽略了植物种类和化石材料产出地的纬度差异，“这样的实验显然会导致很大误差”。
杨洪与美国缅因大学的同行合作，进行了一个为期两年的实验。他们把相同基因的水杉、落羽杉和落叶松树苗分成两组：一组每日提供正常光照，另一组则模拟北极的夏季提供4个月持续光照（晚间进行人工光照），用已知氢同位素含量的水来浇灌两组树苗。两年后，当测量叶脂质中的碳和氢同位素含量时，他们发现不同光照条件下产生了明显的碳和氢同位素分馏差异，并计算出在三种不同植物叶脂质和浇灌水之间的氢分馏数据及其关联性。
随后，杨洪与合作者应用从位于北极圈内的加拿大岛屿上获得的叶化石，尤其水杉叶化石材料，通过分析其中的氢同位素分馏数据并结合前述的实验结论，重建了古近纪时期北极高纬度地区降水的氢同位素特征。
让他们惊讶的是，结果表明，在古新世晚期到始新世中期（古近纪的升温主要在此期间），北极夏季降水中氘的含量与现在该地区夏季降水中氘的含量相近或仅稍低一些。由于现代北极地区的水主要来自于从低纬度地区向高纬度地区运移的大气汽团，其主要驱动力是不同纬度之间的温度梯度。该地区降水中的低同位素值是由于在大气汽团长途运移过程中，较重的氘会随着降水逐渐损耗掉。然而，与现代不同的是，古近纪全球温度比现代高，温度梯度却比现代低得多。在北极地区，现在干旱的冰原大陆在当时却极端湿润并在夏季覆盖着广袤的落叶植物。因此，同一地区古代和现代相近或仅稍低的同位素值就不能都用现代大气汽团运移的模型来解释了。首先，大气汽团的长距离运移一定会损失大量的水，难以解释北极极其湿润的现象。更难解释的是汽团长途运移的动力，因为当时的温度梯度要低得多。
“我们相信这样的氢同位素印记一定反映了在古近纪早期的温暖和全球高二氧化碳浓度时期，北极地区独一无二的大气环境。”杨洪认为。他们想到了植物蒸腾作用的影响。冷琴说：“要知道，北极在古近纪时期，曾经有广袤的水杉纯林分布，它们的蒸腾作用是不容忽视的。”冷琴介绍说，植物的蒸腾作用有把较重的氘留在植物体内的倾向，因而也会导致蒸腾到大气中的水的同位素值偏负。这与前述汽团的长距离运移具有异曲同工之妙。
于是，新模型的构建充分考虑了上述的两个因素。他们提出，在古近纪高温期，夏季的北极地区大气中水汽的来源不仅有来自低纬度地区的汽团运移，还有当地茂密的森林所产生的大量蒸腾作用。这样的模型，既很好地解释了同位素值，又合理地说明了古近纪北极地区的极度湿润。
根据上述研究结果，杨洪等提出：“气候与当地植被之间的关联很可能在古近纪的北极生态系统中扮演了非常重要的角色，其重要性可能远远超过了此前的认识。”
