3億年前的海洋缺氧與全球變暖有關系嗎？

全球變暖將會導致什么樣的后果？地球上的生命將面對怎樣的生存環境？這些問題的答案，可以在與當前地球環境變化類似的地球歷史時期找到。

 

近日，中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱南京古生物所）與南京大學、美國加州大學戴維斯分校等合作發表的一項研究成果顯示，約3億年前的晚古生代大冰期期間與當前地球環境類似，曾發生過一次短暫的巨量碳排放事件，引起了海洋缺氧及海洋生物多樣性顯著降低。相關研究成果5月2日發表于《美國科學院院刊》（PNAS）。

 

當今地球正處于從3400萬年前開始的新生代冰室氣候，近百年來，全球氣溫在冰室氣候大背景下快速升高，兩極冰川消融加劇，海平面上升，海洋缺氧程度加重，導致全球生物多樣性降低。那么，全球變暖的趨勢將如何進一步發展？

 

南京古生物所研究員陳吉濤告訴《中國科學報》，根據當前環境變化的觀察數據很難預測未來的長期趨勢。為了找到全球冰室氣候背景的變暖與海洋缺氧、生物多樣性變化的內在關系，更準確地模擬和評估海洋缺氧程度，研究人員通過對地球歷史的冰室氣候的研究尋找答案。

 

陳吉濤指出，3.6億～2.8億年間的晚古生代大冰期是地球持續時間最長、規模最大的一次冰室氣候，也是陸生高等植物及陸地生態系統建立以來唯一一次記錄了地球由冰室氣候向溫室氣候轉變的地質時期，當時的大氣二氧化碳和氧氣濃度也與現代相當，可以與現今人類生存的冰室氣候環境很好地進行類比。

 

因此，研究晚古生代大冰期已經發生過的碳排放與全球變暖事件所造成的影響，將有益于研究人員更加深入地理解當前在冰室氣候下地球系統內部的關聯與反饋機制，從而更加準確地預測全球氣候環境變化與生物多樣性的未來發展趨勢。

 

由陳吉濤與南京大學教授王向東、美國加州大學戴維斯分校教授伊莎貝爾·蒙特尼資（Isabel Montanez）等組成的國際合作團隊，對我國華南石炭紀地層開展了近十年的地層學、古生物學、沉積學、沉積地球化學、數值模擬等多學科的綜合研究后，首次發現了石炭紀晚期冰室氣候下的一次巨量碳排放事件。

 

據了解，貴州羅甸納慶剖面發育了國際上鮮有的連續出露的石炭紀海相地層，完整記錄了石炭紀晚期海水的地球化學信息。研究人員通過對該剖面采集精度達厘米級的樣本進行了碳和鈾同位素及主微量元素等測試分析，用全球碳循環模型對碳排放量及碳源進行了數值模擬研究，并利用耦合的—鈾模型計算出當時全球海洋缺氧程度，最終建立了該事件中碳排放與海洋缺氧面積的關聯機制。

 

研究結果顯示，石炭紀晚期（約3.04億年前）冰室氣候下，約9萬億噸碳在30萬年內排向大氣，從而引起了當時全球氣候的顯著變暖。期間海水表面溫度升高約4℃，全球海洋缺氧面積擴張至22%，海洋生物多樣性在短期內顯著下降。

 

地球系統模型的研究表明，在冰室氣候的全球變暖期間，廣泛的海洋缺氧可能與海水分層的增強和營養輸入的增加（消耗氧氣）相關。

 

通過比較地質歷史中不同氣候環境下的碳排放事件及其引起的全球變暖和海洋缺氧狀態，研究團隊首次提出，在同樣的碳排放速率下，相較于溫室氣候，冰室氣候下的海洋可能會出現更嚴重的缺氧狀態。

 

陳吉濤表示，通過對地質歷史過程中已經發生的類似氣候環境事件的研究，詳細識別事件的發生、發展及結束過程，可進一步揭示其對海洋生物多樣性的影響，為人類如何應對未來可能發生的極端氣候提供一定借鑒。