在距今約2.52億年前，地球經(jīng)歷了一場(chǎng)被稱(chēng)為“二疊紀(jì)—三疊紀(jì)大滅絕”的全球性浩劫?？茖W(xué)家稱(chēng)之為五大滅絕事件中最慘烈的一次，大約94%的海洋生物、70%的陸地脊椎動(dòng)物，以及大片森林在短時(shí)間內(nèi)相繼消失，整個(gè)星球幾乎變成了一片生命廢墟。

二疊紀(jì)—三疊紀(jì)大滅絕的幾百萬(wàn)年高溫示意圖（圖片來(lái)源：作者使用AI生成）

災(zāi)難發(fā)生的原因，如今已基本確定，位于今天西伯利亞地區(qū)的火山群突然噴發(fā)，釋放出海量二氧化碳，把地球推入了一次急劇的氣候變暖事件。但真正讓科學(xué)家困惑的問(wèn)題是：火山噴發(fā)只持續(xù)了幾十萬(wàn)年，為什么高溫卻持續(xù)了整整五百萬(wàn)年？

從火山爆發(fā)到森林崩潰，一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)五百萬(wàn)年的溫室陷阱

大約2.52億年前熾熱的巖漿噴涌而出，不僅釋放了數(shù)萬(wàn)億噸二氧化碳，還灼燒了地下沉積巖中豐富的有機(jī)質(zhì)，進(jìn)一步將甲烷等溫室氣體釋放到大氣中。地球像突然被裹上了一層厚重的棉被，溫度迅速飆升，海洋缺氧、氣候劇烈波動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)接連崩潰，直接引發(fā)了二疊紀(jì)-三疊紀(jì)大滅絕事件。

一般而言，火山活動(dòng)停止后，地球的自愈機(jī)制應(yīng)會(huì)慢慢恢復(fù)氣候平衡。比如風(fēng)化作用和植物的光合作用，能逐漸將大氣中的二氧化碳重新固定回土壤或巖石中，溫室氣體減少，氣溫也會(huì)回落。然而，這一次事情并不如常?；鹕交顒?dòng)雖然結(jié)束了，但地球依然像發(fā)燒一樣持續(xù)高溫，超過(guò)五百萬(wàn)年。這就是自然界中極為罕見(jiàn)的溫室鎖定現(xiàn)象。

（圖片來(lái)源：作者使用AI生成）

研究人員通過(guò)分析大量植物化石、地層記錄和全球碳同位素?cái)?shù)據(jù)，逐漸發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問(wèn)題出在碳匯系統(tǒng)的瓦解上。所謂碳匯，就是能夠吸收并固定二氧化碳的生態(tài)系統(tǒng)，而森林無(wú)疑是其中的主力軍。在這場(chǎng)大滅絕中，熱帶和亞熱帶的低緯度森林被高溫、干旱和酸雨徹底摧毀，大片雨林化為烏有，原本郁郁蔥蔥的森林變成了荒漠或者只剩幾十厘米高的小型植物，如草本石松。科學(xué)家在地質(zhì)記錄中甚至觀察到一個(gè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)百萬(wàn)年的煤層空白期，沒(méi)有森林，也就沒(méi)有形成煤炭的植物遺骸，這在整個(gè)地質(zhì)歷史上都是異常的。

熱帶雨林的消失并不僅僅意味著物種滅絕，它還帶走了地球一整套調(diào)溫系統(tǒng)。植物光合作用大幅減少，意味著大氣中的二氧化碳無(wú)法被有效吸收。同時(shí)，植被覆蓋減少也抑制了巖石風(fēng)化的速度，而風(fēng)化過(guò)程原本可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸鹽并長(zhǎng)期儲(chǔ)存。

為了驗(yàn)證這一機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)借助一個(gè)名為SCION的氣候-生物地球化學(xué)耦合模型，將古代植被數(shù)據(jù)與碳循環(huán)系統(tǒng)結(jié)合，模擬不同情境下的氣候演化。結(jié)果顯示，在沒(méi)有森林碳匯的情況下，大氣中的二氧化碳濃度可以高達(dá)7000 ppm，而當(dāng)前地球平均為400多ppm，赤道地區(qū)的地表平均溫度超過(guò)34℃。這樣的高溫不僅讓生態(tài)系統(tǒng)難以恢復(fù)，更會(huì)進(jìn)一步阻止新植物的生長(zhǎng)。這就像一個(gè)壞掉的空調(diào)，無(wú)法降溫，也無(wú)法排風(fēng)，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)被困在一場(chǎng)漫長(zhǎng)的熱浪中。

森林重建之后，地球才開(kāi)始“慢慢退燒”

在二疊紀(jì)末的劫難之后，地球的生態(tài)系統(tǒng)并沒(méi)有一蹶不振，而是經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而緩慢的修復(fù)過(guò)程。就像燒毀后的森林需要重新生長(zhǎng)一樣，地球也在等待植被的回歸。

最先恢復(fù)的是一些生命力較強(qiáng)的小型植物，它們主要分布在高緯度地區(qū)或地勢(shì)較高、氣溫稍涼的環(huán)境中。但相比之前覆蓋赤道和亞熱帶地區(qū)的巨型雨林，這些新生的生態(tài)系統(tǒng)要矮小、稀疏得多?？茖W(xué)家在南半球和東亞的三疊紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)了大量石松類(lèi)和蕨類(lèi)植物的化石，它們大多不足一米高，組成了一個(gè)低矮的草本世界。

這些小型植被雖然不能立刻重建碳匯系統(tǒng)，但它們的存在讓有機(jī)碳的固定逐步恢復(fù)，為更復(fù)雜的植物群落提供了基礎(chǔ)。到了約2.47億年前，即中三疊世的安尼期，研究人員在化石記錄中首次看到熱帶森林的回潮跡象——枝葉更大、葉脈更密集的植物重新出現(xiàn)，植物高度和空間結(jié)構(gòu)開(kāi)始向森林靠近，說(shuō)明它們的生理功能變得更強(qiáng)，也意味著碳固定能力更高。

配合這些植物化石的復(fù)原，科學(xué)家利用SCION模型進(jìn)一步追蹤了陸地凈初級(jí)生產(chǎn)力的變化軌跡。數(shù)據(jù)顯示，在滅絕前的晚二疊世，全球植被每年可固定碳約5.4—6.3千萬(wàn)噸；滅絕后則驟降至1.3–2.0千萬(wàn)噸，接近崩潰；但隨著植物的恢復(fù)，這一數(shù)字在中三疊世重新上升到約5千萬(wàn)噸的水平。正是這股重新啟動(dòng)的碳循環(huán)，逐漸將大氣中的二氧化碳吸收下來(lái)，使氣溫開(kāi)始下降，地球終于從超級(jí)溫室狀態(tài)中退燒。

不過(guò)，這一切并非迅速發(fā)生。從滅絕到降溫，前后經(jīng)歷了約五百萬(wàn)年。這個(gè)時(shí)間跨度之所以重要，在于它揭示了一個(gè)令人警醒的事實(shí)，地球生態(tài)系統(tǒng)有恢復(fù)力，但是非常緩慢，避免系統(tǒng)崩潰遠(yuǎn)比修復(fù)更容易。

總結(jié)

今天我們面對(duì)的氣候變化，同樣牽動(dòng)著全球植被系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果熱帶雨林再次大規(guī)模退化，碳匯的能力會(huì)下降，風(fēng)化作用也會(huì)減弱，溫室氣體將更加難以清除。而一旦超過(guò)某個(gè)生態(tài)臨界點(diǎn)，植物的消失不僅是結(jié)果，也會(huì)成為加速氣候失控的原因，就像二疊紀(jì)末那樣，進(jìn)入一個(gè)難以逆轉(zhuǎn)的熱室循環(huán)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Xu, Zhen, et al. "Early Triassic super-greenhouse climate driven by vegetation collapse." Nature Communications 16.1 (2025): 5400.

作者丨Denovo科普?qǐng)F(tuán)隊(duì)（楊超 博士、中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、廣東省青年科技創(chuàng)新研究會(huì)會(huì)員）

審核丨拉薩 北京市氣象局高級(jí)工程師

來(lái)源: 科普中國(guó)創(chuàng)作培育計(jì)劃

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