3億年前的海洋缺氧與全球變暖有關(guān)系嗎？

全球變暖將會(huì)導(dǎo)致什么樣的后果？地球上的生命將面對(duì)怎樣的生存環(huán)境？這些問題的答案，可以在與當(dāng)前地球環(huán)境變化類似的地球歷史時(shí)期找到。

 

近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所（以下簡稱南京古生物所）與南京大學(xué)、美國加州大學(xué)戴維斯分校等合作發(fā)表的一項(xiàng)研究成果顯示，約3億年前的晚古生代大冰期期間與當(dāng)前地球環(huán)境類似，曾發(fā)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(guān)研究成果5月2日發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）。

 

當(dāng)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(dǎo)致全球生物多樣性降低。那么，全球變暖的趨勢將如何進(jìn)一步發(fā)展？

 

南京古生物所研究員陳吉濤告訴《中國科學(xué)報(bào)》，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境變化的觀察數(shù)據(jù)很難預(yù)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(nèi)在關(guān)系，更準(zhǔn)確地模擬和評(píng)估海洋缺氧程度，研究人員通過對(duì)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(xù)時(shí)間最長、規(guī)模最大的一次冰室氣候，也是陸生高等植物及陸地生態(tài)系統(tǒng)建立以來唯一一次記錄了地球由冰室氣候向溫室氣候轉(zhuǎn)變的地質(zhì)時(shí)期，當(dāng)時(shí)的大氣二氧化碳和氧氣濃度也與現(xiàn)代相當(dāng)，可以與現(xiàn)今人類生存的冰室氣候環(huán)境很好地進(jìn)行類比。

 

因此，研究晚古生代大冰期已經(jīng)發(fā)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(dāng)前在冰室氣候下地球系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)與反饋機(jī)制，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)測全球氣候環(huán)境變化與生物多樣性的未來發(fā)展趨勢。

 

由陳吉濤與南京大學(xué)教授王向東、美國加州大學(xué)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(tuán)隊(duì)，對(duì)我國華南石炭紀(jì)地層開展了近十年的地層學(xué)、古生物學(xué)、沉積學(xué)、沉積地球化學(xué)、數(shù)值模擬等多學(xué)科的綜合研究后，首次發(fā)現(xiàn)了石炭紀(jì)晚期冰室氣候下的一次巨量碳排放事件。

 

據(jù)了解，貴州羅甸納慶剖面發(fā)育了國際上鮮有的連續(xù)出露的石炭紀(jì)海相地層，完整記錄了石炭紀(jì)晚期海水的地球化學(xué)信息。研究人員通過對(duì)該剖面采集精度達(dá)厘米級(jí)的樣本進(jìn)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(huán)模型對(duì)碳排放量及碳源進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并利用耦合的—鈾模型計(jì)算出當(dāng)時(shí)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(guān)聯(lián)機(jī)制。

 

研究結(jié)果顯示，石炭紀(jì)晚期（約3.04億年前）冰室氣候下，約9萬億噸碳在30萬年內(nèi)排向大氣，從而引起了當(dāng)時(shí)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(kuò)張至22%，海洋生物多樣性在短期內(nèi)顯著下降。

 

地球系統(tǒng)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(qiáng)和營養(yǎng)輸入的增加（消耗氧氣）相關(guān)。

 

通過比較地質(zhì)歷史中不同氣候環(huán)境下的碳排放事件及其引起的全球變暖和海洋缺氧狀態(tài)，研究團(tuán)隊(duì)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(huì)出現(xiàn)更嚴(yán)重的缺氧狀態(tài)。

 

陳吉濤表示，通過對(duì)地質(zhì)歷史過程中已經(jīng)發(fā)生的類似氣候環(huán)境事件的研究，詳細(xì)識(shí)別事件的發(fā)生、發(fā)展及結(jié)束過程，可進(jìn)一步揭示其對(duì)海洋生物多樣性的影響，為人類如何應(yīng)對(duì)未來可能發(fā)生的極端氣候提供一定借鑒。